CN205748484U - 一种基于fpga的多通道数据采集*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于FPGA的多通道数据采集***，包括一传感器组，一I‑V转换电路，一仪表放大电路，一八路开关模块，一滤波电路，一模数转换模块，一FPGA控制模块，一串行通讯模块和一电平转换总线收发器；针对模拟信号，***通过信号调理电路，将各种模拟信号转换为0‑5V直流电压，模数转换电路将此电压进行模数转换，并将获得的电压值数字量发送到FPGA进行处理；针对脉冲信号，***通过信号调理电路，将各种脉冲信号通过电平转换操作转换为数字信号并输出给FPGA中进行分析处理。该实用新型可以实现对电流信号、电压信号、低频微伏电压信号等多种信号形式的采集，具有低成本，操作简单，处理速度快等优点，可以广泛应用于科研实验场所和工业生产现场。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业数据监测技术领域，更具体地，涉及一种基于FPGA的多通道数据采集***。
背景技术
近年来随着计算机技术水平和科学力量的迅猛发展，不论是在科研场所、大规模工业现场或者国防建设之中，现代化的数字***得到了日益广泛的应用，对各种电子信号的数据采集已经成为实现数字***的关键技术。
目前市场上同等成本的大多数数据采集卡，往往出于成本和市场等因素，采集信号的接口种类较少；同时，在一些对测量性能要求较高的场所，国内单位自主研发的数据采集***性能稍差，与国外相比还存在一定差距，采样速率，采样精度等都存在不足，采样率一般都在数GSPS以下，带宽不超过200MHz，数模转换器位数多为12位以下；最后，目前国内采集***普遍功能相对单一，通道数和接口种类较少，应用范围较小。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于设计提供一种基于FPGA的多通道数据采集***，解决数据采集***普遍功能相对单一，通道数和接口种类较少，应用范围较小等技术问题。
为解决上述目的，本实用新型提供了一种基于FPGA的多通道数据采集***，包括一传感器组，一I-V转换电路，一仪表放大电路，一八路开关模块，一滤波电路，一模数转换模块，一FPGA控制模块，一串行通讯模块和一电平转换总线收发器，其中：所述传感器组将电流信号输出给所述I-V转换电路；所述传感器组将低频微伏电压信号输出给所述仪表放大电路；所述I-V转换电路将存储的电流信号转换为电压信号输出给所述八路开关模块；所述仪表放大电路将存储的低频微伏电压信号进行放大并输出给所述八路开关模块；所述八路开关模块将存储的电压信号输出给所述滤波电路；所述滤波电路将存储的电压信号进行滤波并输出给所述模数转换模块；所述模数转换模块将电压信号转换为数字信号并输出给所述FPGA控制模块；所述FPGA控制模块将获取的数字信号做分析处理并传输给所述串行通讯模块。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：基于FPGA的多通道数据采集***包含电压信号、电流信号、低频微伏信号(mV级)、光栅脉冲信号、普通脉冲信号、Start/Stop信号等多种输入信号接口，***接口类型较丰富，可完成对实验室中压力传感器、称重传感器、流量传感器、光栅传感器、磁致伸缩传感器、温度传感器、转速传感器等多种传感器的测量；在保持较低成本的同时，涵盖了大多数工业现场的模拟信号形式，除了可应用于科研领域中的信号采集，更可广泛应用工农业生产中的数据监控，工业过程控制中的数据处理，乃至娱乐生活，家用电子等更多领域，具有重要的实际应用价值和意义。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的解释说明。
图1是本实用新型的整体结构示意图；
附图标记说明：1—传感器组；2—I-V转换电路；3—仪表放大电路；4—八路开关模块；5—滤波电路；6—模数转换模块；7—FPGA控制模块；8—串行通讯模块；9—电平转换总线收发器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。现结合下图对本实用新型作进一步说明。
图1，本实用新型提供的一种基于FPGA的多通道数据采集***，包括一传感器组1，一I-V转换电路2，一仪表放大电路3，一八路开关模块4，一滤波电路5，一模数转换模块6，一FPGA控制模块7，一串行通讯模块8和一电平转换总线收发器9；传感器组1分别与I-V转换电路2、仪表放大电路3、八路开关模块4、电平转换总线收发器9相连，I-V转换电路2与八路开关模块4相连，仪表放大电路3与八路开关模块4相连，八路开关模块4与滤波电路5相连，滤波电路5与模数转换模块6相连，模数转换模块6与FPGA控制模块7相连，FPGA控制模块7与串行通讯模块8相连，电平转换总线收发器9与FPGA控制模块7相连。
传感器组1包括电流信号输出型传感器、低频微伏信号输出型传感器和数字脉冲信号输出型传感器：其中电流信号输出型传感器包括压力传感器、SCFT涡轮流量计和SCT温度传感器；低频微伏信号输出型传感器包括BSS称重传感器、CR称重传感器、CXH膜盒称重传感器；数字脉冲信号输出型传感器包括光栅位移传感器、磁致伸缩位移传感器和光电编码器；传感器组1将电流信号、电压信号、低频微伏电压信号分别输出给I-V转换电路2、八路开关模块4、仪表放大电路3，同时传感器组1还可将脉冲信号输出给电平转换总线收发器9。
I-V转换电路2是将电流源的电流转换为与其成比例的输出电压；I-V转换电路2将输入的电流信号转换为电压信号输出给八路开关模块4。
仪表放大电路3是一种精密差分电压放大电路，具有差分输入和相对参考端的单端输出；仪表放大电路3将存储的低频微伏电压信号进行放大并输出给八路开关模块4。
八路开关模块4是单8通道数字控制模拟电子开关，具有很低的导通阻抗和截止漏电流，在整个电源范围内具有极低的静态功耗，在10V电压供电的情况下，开关切换时间仅为160ns，完全满足在循环采样过程中开关高速闭合切换的时间需求；八路开关模块4将存储的电压信号输出给滤波电路5。
滤波电路5是减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑；滤波电路5将存储的电压信号进行滤波并输出给模数转换模块6。
模数转换模块6是将模拟信号转换成数字信号的电路，简称为AD转换，AD转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号；模数转换模块6将电压信号转换为数字信号并输出给FPGA控制模块7。
电平转换总线收发器9将来自不同传感器的多种形式的脉冲信号通过电平转换的方式，转换为数字信号并传输给FPGA控制模块7。
FPGA控制模块7将获取的数字信号做分析处理并传输给串行通讯模块8；其组成结构以及工作原理均属于现有技术，在此不再赘述。
串行通讯模块8是让数据一位一位地顺序传送，串行接口特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信；串行通讯模块8采用MAX232芯片通过电平转换使得FPGA控制模块7的数字信号与上位机的数据、命令交互。
本实用新型提供的一种基于智能电表的能耗数据分析***包括以下步骤：
传感器组1将电流信号、电压信号、低频微伏电压信号分别输出给I-V转换电路2、八路开关模块4、仪表放大电路3，同时传感器组1还可将脉冲信号输出给电平转换总线收发器9，I-V转换电路2将存储的电流信号转换为电压信号输出给八路开关模块4，仪表放大电路3将存储的低频微伏电压信号进行放大并输出给八路开关模块4，八路开关模块4将存储的电压信号输出给滤波电路5，滤波电路5将存储的电压信号进行滤波并输出给模数转换模块6，模数转换模块6将电压信号转换为数字信号并输出给FPGA控制模块7，电平转换总线收发器9将获取的脉冲信号通过电平转换得到数字信号并输出给FPGA控制模块7，FPGA控制模块7将获取的数字信号做分析处理并传输给串行通讯模块8以此实现与上位机的数据、命令交互。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作出任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型的技术方案范围内。
Claims (6)
1.一种基于FPGA的多通道数据采集***，其特征在于，包括一传感器组，一I-V转换电路，一仪表放大电路，一八路开关模块，一滤波电路，一模数转换模块，一FPGA控制模块，一串行通讯模块和一电平转换总线收发器，其中：所述传感器组将电流信号输出给所述I-V转换电路；所述传感器组将低频微伏电压信号输出给所述仪表放大电路；所述I-V转换电路将存储的电流信号转换为电压信号输出给所述八路开关模块；所述仪表放大电路将存储的低频微伏电压信号进行放大并输出给所述八路开关模块；所述八路开关模块将存储的电压信号输出给所述滤波电路；所述滤波电路将存储的电压信号进行滤波并输出给所述模数转换模块；所述模数转换模块将电压信号转换为数字信号并输出给所述FPGA控制模块；所述FPGA控制模块将获取的数字信号做分析处理并传输给所述串行通讯模块。
2.如权利要求1所述的多通道数据采集***，其特征在于，所述传感器组将电压信号传输给所述八路开关模块。
3.如权利要求1所述的多通道数据采集***，其特征在于，所述传感器组将脉冲信号传输给所述电平转换总线收发器。
4.如权利要求1所述的多通道数据采集***，其特征在于，所述电平转换总线收发器将获取的脉冲信号通过电平转换得到数字信号并传输给所述FPGA控制模块。
5.如权利要求1所述的多通道数据采集***，其特征在于，所述滤波电路采用二阶低通滤波电路对电压进行滤波。
6.如权利要求1所述的多通道数据采集***，其特征在于，所述串行通讯模块采用MAX232芯片实现电平转换，通过所述串行通讯模块完成所述FPGA控制模块与上位机的数据和命令交互。
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|---|---|---|---|---|
| CN107167651A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-09-15 | 西北大学 | 一种电压信号采集***及方法 |
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