一种可兼容电压传感器和电流传感器的可调式信号采集电路的制作方法

1.本实用新型属于信号采集电路技术领域，具体涉及一种可兼容电压传感器和电流传感器的可调式信号采集电路。


背景技术：

2.传感器是测量系统中的一种前置部件,它将输入变量转换成可供测量的模拟电信号。我们处在一个数字时代，目前的计算机只能处理数字信号，因此信号采样电路的作用就是将这些传感器探测到的信号量送到放大器中进行放大，然后通过模数芯片把模拟信号转化为数字信号，以便供计算机进行处理。
3.传感器输出信号往往分为两大类，即为电压信号和电流信号。针对不同的传感器信号类型，往往需要不同的硬件采样电路。目前通常的解决办法在数据采集系统中，针对电压信号、电流信号分别设计两通道的信号采集电路。
4.上述信号采集电路存在的主要问题为：
5.(1)双通道的信号采集电路需要配置翻倍的电子元器件，必然带来更高的成本；
6.(2)双通道的信号采集电路必然带来更大的功率损耗以及更复杂的电磁兼容性；
7.(3)嵌入式的信号采集板卡空间受限，双通道的信号采集电路带来更大的布板难度。


技术实现要素：

8.为解决上述问题，本实用新型提供了一种可兼容电压传感器和电流传感器的可调式信号采集电路，包括：模拟开关阵列电路、开关控制电路、电阻采样电路、信号调理电路和模数转换电路，其中，所述模拟开关阵列电路分别与所述开关控制电路、所述电阻采样电路、所述信号调理电路和传感器连接，所述模数转换电路分别与所述信号调理电路和单片机连接。
9.优选地，所述模拟开关阵列电路包括：模拟开关芯片u1，其中，所述模拟开关芯片u1的2号引脚和15号引脚分别与所述传感器连接，所述模拟开关芯片u1的3号引脚和7号引脚互相连接，所述模拟开关芯片u1的6号引脚和14号引脚互相连接，所述模拟开关芯片 u1的3号引脚与所述电阻采样电路连接，所述模拟开关芯片u1的3 号引脚1号、8号和16号引脚分别与所述开关控制电路连接。
10.优选地，所述电阻采样电路包括：电阻r1和电阻r2，其中，所述电阻r1和所述电阻r2的第一端接地而第二端共同连接所述模拟开关阵列电路中模拟开关芯片u1的3号引脚。
11.优选地，所述开关控制电路包括：拨码开关u2、电阻排r3和电阻排r4，其中，所述电阻排r3的1号、2号、3号和4号引脚分别对应与所述拨码开关u2的1号、2号、3号和4号引脚连接而5号、 6号、7号和8号引脚均连接第一电位，所述电阻排r4的1号、2号、 3号和4号引脚接地而5号、6号、7号和8号引脚分别对应与所述拨码开关u2的10号、9号、8号和7号引脚连接，所述拨码开关u2 的10号、9号和8号引脚分别对应与所述模拟开关阵列电路中模拟开关芯
片u1的1号、8号和16号引脚连接。
12.优选地，所述信号调理电路包括：放大器芯片u3、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9和电容c1，其中，所述电阻r5的第一端与所述模拟开关芯片u1的6号引脚连接而第二端分别与所述电阻r6和所述电容c1的第一端连接，所述电容c1的第二端接地，所述电阻r6的第二端连接所述放大器芯片u3的正极输入端，所述电阻r7的第一端连接第二电位而第二端分别连接所述电阻r8的第一端和所述放大器芯片u3的负极输入端，所述电阻r8的第二端连接所述放大器芯片u3的输出端，所述电阻r9的第一端接地而第二端连接所述放大器芯片u3的负极输入端，所述放大器芯片u3的7号引脚连接第一电位而4号引脚连接所述第二电位，所述放大器芯片u3的输出端连接所述模数转换电路。
13.优选地，所述模数转换电路包括：模数转换芯片u4、电阻r10 和电容c2，其中，所述电阻r10的第一端连接所述信号调理电路中放大器芯片u3的输出端而第二端连接所述模数转换芯片u4的3号引脚，所述电容c2的第一端接地而第二端连接所述模数转换芯片u4的 3号引脚，所述模数转换芯片u4的4号和5号引脚接地而1号和10 号引脚连接第一电位，所述模数转换芯片u4的2号引脚连接第三电位而6号、7号、8号和9号引脚连接所述单片机。
14.本技术提供的一种可兼容电压传感器和电流传感器的可调式信号采集电路生产成本较低、价格较为低廉，电路功耗更低，布板占用面积更小；同时在信号调理电路的前段和后端都增加了无源滤波措施，能有效的抑制噪声干扰，使电路抗干扰能力更强。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是现有技术提供的一种可兼容电压传感器和电流传感器的可调式信号采集电路的整体示意图；
17.图2是现有技术提供的一种可兼容电压传感器和电流传感器的可调式信号采集电路的整体示意图；
18.图3是本实用新型提供的一种可兼容电压传感器和电流传感器的可调式信号采集电路的部分示意图；
19.图4是本实用新型提供的一种可兼容电压传感器和电流传感器的可调式信号采集电路的部分示意图；
20.图5是本实用新型提供的一种可兼容电压传感器和电流传感器的可调式信号采集电路的部分示意图。
具体实施方式
21.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
22.如图1
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5，在本技术实施例中，本实用新型提供了一种可兼容电压传感器和电流传感器的可调式信号采集电路，包括：模拟开关阵列电路、开关控制电路、电阻采样电路、信号调理电路和模数转换电路，其中，所述模拟开关阵列电路分别与所述开关控制电路、所述电阻采样电路、所述信号调理电路和传感器连接，所述模数转换电路分别与所述信号调理电路和单片机连接。
23.在本技术实施例中，传感器模拟信号通过线路进入模拟开关阵列电路，传感器模拟信号可能是电压信号或者电流信号，因此信号分别进入模拟开关阵列电路的两个通道即开关1和开关2通道。当传感器模拟信号为电流信号时，开关控制电路关闭电压信号通道开关即模拟开关阵列电路2，开关控制电路开关控制电路打开电压信号通道开关即模拟开关阵列电路1和3，传感器模拟信号经过电流模拟开关阵列电路1后，通过电阻采样电路，电流信号转换为电压信号，经模拟开关阵列电路3进入信号调理电路，信号调理电路对电压信号进行幅值调理与信号滤波，最后信号进入模数转换电路完成模拟信号到数字信号的转变，单片机通过模数转换电路的数字信号接口，完成对信号量的读取。
24.当传感器模拟信号为电压信号时，开关控制电路打开电压信号通道开关即模拟开关阵列电路2，开关控制电路关闭电压信号通道开关即模拟开关阵列电路1和3，传感器模拟信号经过电流模拟开关阵列电路2后直接进入信号调理电路，信号调理电路对电压信号进行幅值调理与信号滤波，最后信号进入模数转换电路完成模拟信号到数字信号的转变，单片机通过模数转换电路的数字信号接口，完成对信号量的读取。
25.如图1
‑
5，在本技术实施例中，所述模拟开关阵列电路包括：模拟开关芯片u1，其中，所述模拟开关芯片u1的2号引脚和15号引脚分别与所述传感器连接，所述模拟开关芯片u1的3号引脚和7号引脚互相连接，所述模拟开关芯片u1的6号引脚和14号引脚互相连接，所述模拟开关芯片u1的3号引脚与所述电阻采样电路连接，所述模拟开关芯片u1的3号引脚1号、8号和16号引脚分别与所述开关控制电路连接。
26.如图1
‑
5，在本技术实施例中，所述电阻采样电路包括：电阻r1 和电阻r2，其中，所述电阻r1和所述电阻r2的第一端接地而第二端共同连接所述模拟开关阵列电路中模拟开关芯片u1的3号引脚。
27.在本技术实施例中，图2为本发明的模拟开关阵列电路与电阻采样电路原理图，sensor_sig信号为上述所述传感器模拟信号。 sensor_sig信号与模拟开关芯片u1芯片的管脚2和管脚15进行连接，模拟开关芯片u1芯片管脚3与采样电阻r1、r2连接，模拟开关芯片u1芯片管脚3与模拟开关芯片u1芯片管脚7连接，模拟开关芯片u1芯片管脚6与模拟开关芯片u1芯片管脚14连接。模拟开关芯片u1芯片的信号io_c1、io_c2、io_c3与开关控制电路控制信号连接。
28.如图1
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5，在本技术实施例中，所述开关控制电路包括：拨码开关u2、电阻排r3和电阻排r4，其中，所述电阻排r3的1号、2号、 3号和4号引脚分别对应与所述拨码开关u2的1号、2号、3号和4 号引脚连接而5号、6号、7号和8号引脚均连接第一电位，所述电阻排r4的1号、2号、3号和4号引脚接地而5号、6号、7号和8 号引脚分别对应与所述拨码开关u2的10号、9号、8号和7号引脚连接，所述拨码开关u2的10号、9号和8号引脚分别对应与所述模拟开关阵列电路中模拟开关芯片u1的1号、8号和16号引脚连接。
29.在本技术实施例中，图3为本发明的开关控制电路的电路原理图，图中所示io_c1、
io_c2、io_c3信号的电平受拨码开关u2控制，当拨码开关u2导通时，信号电平为vdd，当拨码开关u2关闭时，信号电平为gnd。拨码开关u2的管脚10与模拟开关芯片u1的管脚1 连接，拨码开关u2的管脚9与模拟开关芯片u1的管脚8连接，拨码开关u2的管脚8与模拟开关芯片u1的管脚16连接。当传感器模拟信号为电流信号时，拨码开关1、2、3的状态为导通、导通、关闭；当传感器模拟信号为电压信号时，拨码开关1、2、3的状态为关闭、关闭、导通。
30.如图1
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5，在本技术实施例中，所述信号调理电路包括：放大器芯片u3、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9和电容c1，其中，所述电阻r5的第一端与所述模拟开关芯片u1的6号引脚连接而第二端分别与所述电阻r6和所述电容c1的第一端连接，所述电容 c1的第二端接地，所述电阻r6的第二端连接所述放大器芯片u3的正极输入端，所述电阻r7的第一端连接第二电位而第二端分别连接所述电阻r8的第一端和所述放大器芯片u3的负极输入端，所述电阻 r8的第二端连接所述放大器芯片u3的输出端，所述电阻r9的第一端接地而第二端连接所述放大器芯片u3的负极输入端，所述放大器芯片u3的7号引脚连接第一电位而4号引脚连接所述第二电位，所述放大器芯片u3的输出端连接所述模数转换电路。
31.如图1
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5，在本技术实施例中，所述模数转换电路包括：模数转换芯片u4、电阻r10和电容c2，其中，所述电阻r10的第一端连接所述信号调理电路中放大器芯片u3的输出端而第二端连接所述模数转换芯片u4的3号引脚，所述电容c2的第一端接地而第二端连接所述模数转换芯片u4的3号引脚，所述模数转换芯片u4的4号和5号引脚接地而1号和10号引脚连接第一电位，所述模数转换芯片u4的 2号引脚连接第三电位而6号、7号、8号和9号引脚连接所述单片机。
32.在本技术实施例中，图4为本发明的信号调理电路与模数转换电路的电路原理图，电阻r5与电容c1连接，组成信号调理电路的前段 rc滤波，电阻r10与电容c2连接，组成信号调理电路的后段rc滤波。模拟开关芯片u1管脚6输出的电压信号signal_out与电阻r5 连接，电阻r5与电阻r6串联，电阻r6连接u3芯片管脚5。电阻r7 与电阻r8连接，电阻r8与电阻r9连接，电阻r8、电阻r9与放大器芯片u3芯片的管脚2连接，该组合主要完成对信号的电平的放大与缩小。
33.假设定义放大器芯片u3的管脚6的信号为vout，那么vout的幅值为：
[0034][0035]
定义放大器芯片u3的管脚6输出的信号经过电阻r10与电容c2 组成的rc滤波进行信号滤波之后，进入模数转换芯片u4的3号管脚，模数转换芯片u4内部完成模拟到数字信号的转换。模数转换芯片u4 的管脚6、管脚7、管脚8、管脚9组成数字spi总线接口，该接口与单片机的spi总线进行连接，通过单片机完成对采样结果的读取。
[0036]
本技术提供的一种可兼容电压传感器和电流传感器的可调式信号采集电路生产成本较低、价格较为低廉，电路功耗更低，布板占用面积更小；同时在信号调理电路的前段和后端都增加了无源滤波措施，能有效的抑制噪声干扰，使电路抗干扰能力更强。
[0037]
应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的
等同形式内的全部变化和修改例。