专利名称：一种多通道模拟信号隔离采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及数据采集装置，尤其涉及一种多通道模拟信号隔离采集装置。
背景技术：
工业场合需要采集的数据来源类型多样，有各种传感器，各类变送器、二次仪表等 等，各个数据来源可能自成系统，可能属于同一系统但有不同的参考电平。使用数据采集设 备采集这些信号时，采集设备与工业现场之间、工业现场各通道之间都需要互相隔离。在目前的工业应用中，隔离的实现主要有以下两种方法一是采用差分放大器，这 不仅成本高并且存在共模干扰问题；二是采用多个隔离电源，体积庞大、成本高。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种多通道模拟信号隔离采集装置。多通道模拟信号隔离采集装置中的信号隔离选择模块与信号调理模块、微处理器 模块、显示模块依次相连，微处理器模块与信号隔离选择模块相连，电源模块提供电源；其 中，微处理器模块，用于发送控制信号、显示信号、与上位机通信等；信号隔离选择模块，用于接收所述微处理器模块的控制信号和现场信号，对现场 信号进行通道选择和隔离后输出；信号调理模块，用于接收所述信号隔离选择模块输出的物理信号进行阻抗匹配、 滤波、调幅后输出；微处理器模块内置的模数转换模块用于接收信号调理模块输出的物理信号并进 行测量后转换为数字信号；显示模块用于接收微处理器的显示信号并显示现场信号的大小；电源模块用于对多通道模拟信号隔离采集装置供电。其中信号隔离选择模块的内部连接关系为继电器U1的1、3脚与电阻R1的一端 相连，继电器U1的2、4脚与译码器U9的14脚相连，继电器U1的8、6脚与现场输入通道一 信号(AI1A、AI1B)相连，继电器U2的1、3脚与电阻R2的一端相连，继电器U2的2、4脚与 译码器U9的13脚相连，继电器U2的8、6脚与现场输入通道二信号(AI2A、AI2B)相连，继 电器U3的1、3脚与电阻R3的一端相连，继电器U3的2、4脚与译码器U9的12脚相连，继 电器U3的8、6脚与现场输入通道三信号(AI3A、AI3B)相连，继电器U4的1、3脚与电阻R4 的一端相连，继电器U4的2、4脚与译码器U9的11脚相连，继电器U4的8、6脚与现场输入 通道四信号(AI4A、AI4B)相连，继电器TO的1、3脚与电阻R5的一端相连，继电器TO的2、 4脚与译码器U9的10脚相连，继电器U5的8、6脚与现场输入通道五信号(AI5A、AI5B)相 连，继电器U6的1、3脚与电阻R6的一端相连，继电器TO的2、4脚与译码器U9的9脚相连， 继电器TO的8、6脚与现场输入通道六信号(AI6A、AI6B)相连，继电器U7的1、3脚与电阻R7的一端相连，继电器U7的2、4脚与译码器U9的15脚相连，继电器U7的5脚和7脚通过 电阻R9相连，继电器U8的1、3脚与电阻R8的一端相连，继电器U8的2、4脚与译码器U9 的7脚相连，继电器U8的5脚与模拟地相连，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、 电阻R6、电阻R7、电阻R8的另一端与多通道模拟信号隔离采集装置的供电端DVCC相连，继 电器U1的5脚、继电器U2的5脚、继电器U3的5脚、继电器U4的5脚、继电器U5的5脚、 继电器U6的5脚、继电器U7的6脚、继电器U8的6脚与电容C1的一端相连，继电器U1的 7脚、继电器U2的7脚、继电器U3的7脚、继电器U4的7脚、继电器U5的7脚、继电器U6 的7脚、继电器U7的8脚、继电器U8的8脚与电容C1的另一端相连，译码器U9的1、2、3、 4脚分别与微处理器模块U10的14、15、16、17脚相连，译码器U9的5脚和8脚与多通道模 拟信号隔离采集装置的供电端信号地相连，译码器U9的6脚和16脚与多通道模拟信号隔 离采集装置的供电端DVCC相连。本实用新型与现有技术相比具有的有益效果成本低，电路简单，使用单个电源即 实现了通道之间及通道与采集装置之间的隔离问题，并且不存在共模干扰问题。
图1是多通道模拟信号隔离采集装置结构框图；图2是信号隔离选择模块原理图；图3是微处理器模块原理图；图4是多通道模拟信号隔离采集装置实施流程图。
具体实施方式
如图所示，多通道模拟信号隔离采集装置中的信号隔离选择模块与信号调理模 块、微处理器模块、显示模块依次相连，微处理器模块与信号隔离选择模块相连，电源模块 提供电源；其中，微处理器模块，用于发送控制信号、显示信号、与上位机通信等。信号隔离选择模块，用于接收所述微处理器模块的控制信号和现场信号，对现场 信号进行通道选择和隔离后输出。信号隔离选择模块的内部连接关系为继电器U1的1、3脚与电阻R1的一端相连， 继电器U1的2、4脚与译码器U9的14脚相连，继电器U1的8、6脚与现场输入通道一信号 (AI1A、AI1B)相连，继电器U2的1、3脚与电阻R2的一端相连，继电器U2的2、4脚与译码 器U9的13脚相连，继电器U2的8、6脚与现场输入通道二信号(AI2A、AI2B)相连，继电器 U3的1、3脚与电阻R3的一端相连，继电器U3的2、4脚与译码器U9的12脚相连，继电器 U3的8、6脚与现场输入通道三信号(AI3A、AI3B)相连，继电器U4的1、3脚与电阻R4的一 端相连，继电器U4的2、4脚与译码器U9的11脚相连，继电器U4的8、6脚与现场输入通道 四信号(AI4A、AI4B)相连，继电器TO的1、3脚与电阻R5的一端相连，继电器TO的2、4脚 与译码器U9的10脚相连，继电器TO的8、6脚与现场输入通道五信号(AI5A、AI5B)相连， 继电器TO的1、3脚与电阻R6的一端相连，继电器U6的2、4脚与译码器U9的9脚相连，继 电器U6的8、6脚与现场输入通道六信号(AI6A、AI6B)相连，继电器U7的1、3脚与电阻R7 的一端相连，继电器U7的2、4脚与译码器U9的15脚相连，继电器U7的5脚和7脚通过电阻R9相连，继电器U8的1、3脚与电阻R8的一端相连，继电器U8的2、4脚与译码器U9的 7脚相连，继电器U8的5脚与模拟地相连，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻 R6、电阻R7、电阻R8的另一端与多通道模拟信号隔离采集装置的供电端DVCC相连，继电器 U1的5脚、继电器U2的5脚、继电器U3的5脚、继电器U4的5脚、继电器U5的5脚、继电 器TO的5脚、继电器U7的6脚、继电器U8的6脚与电容C1的一端相连，继电器U1的7脚、 继电器U2的7脚、继电器U3的7脚、继电器U4的7脚、继电器U5的7脚、继电器U6的7 脚、继电器U7的8脚、继电器U8的8脚与电容C1的另一端相连，译码器U9的1、2、3、4脚 分别与微处理器模块U10的14、15、16、17脚相连，译码器U9的5脚和8脚与多通道模拟信 号隔离采集装置的供电端信号地相连，译码器U9的6脚和16脚与多通道模拟信号隔离采 集装置的供电端DVCC相连。信号隔离选择模块中PhotoMOS继电器用于通道选择和隔离，电容C1用于保持 采样电压，电阻R9用于对电容C1放电，译码器U9用于通道选择控制。在本实施方案中， PhotoMOS继电器采用松下公司(Panasonic)生产的AQW214 ；译码器采用74HC138，该器 件可从众多电子产品制造商处获得，例如德州仪器公司(Texas Instruments) ；R9采用 3. 3 Q/Iff的电阻，当然其他电阻也可以实施；电容C1采用聚苯乙烯电容，容量为luF (微法 拉)，它可从众多电子产品制造商处获得。信号调理模块，用于接收所述信号隔离选择模块输出的物理信号进行阻抗匹配、 滤波、调幅后输出。该部分电路可从众多电子电路教科书或参考书上获得。经调理过的信 号输入模数转换模块用于产生对应的数字信号。微处理器模块内置的模数转换模块用于接收信号调理模块输出的物理信号 并进行测量后转换为数字信号。在本实施方案中，微处理器采用德州仪器公司(Texas Instruments)的MSP430F247，模数转换模块采用微控制器(MSP430F247)内置的模数转换 模块，该模数转换模块具有12位的分辨率，输出的数字信号比例地对应于电容C1与信号调 理模块电连接时C1两端的电压。当然，模数转换模块也可以使用其他独立器件，如德州仪 器公司(Texaslnstruments)的 ADS8519。显示模块用于接收微处理器的显示信号并显示现场信号的大小。电源模块用于对多通道模拟信号隔离采集装置供电。工作时，通过微处理器内置软件的操作，微处理器选择需要被测量的信号通道来 测量。通常情况下，软件按顺序遍历每个通道的输入信号。下面以测量通道一信号(AI1A、 AI1B)来说明。首先，微处理器U10通过内置软件控制CS1、CS2、CS3、CSAI全部为低电平，这时译 码器U9的Y0(15脚)被选通，为低电平，其他输出引脚为高电平，于是继电器U7的1和2 脚导通，3脚和4脚导通，于是继电器U7的5脚和6脚短接，7脚和8脚短接，这时电容C1 仅与电阻R9相连并通过电阻R9放电，以避免C1上残存电能对输入信号的影响，连接的时 间可由C1的容值和R1的阻值计算而得。放电完成后，微处理器U10同样控制译码器U9选 通继电器U1，于是继电器U1的5脚和6脚短接，7脚和8脚短接，这时电容C1仅与现场通 道一的信号连接，连接的时间可由C1的容值和输入信号的等效电阻计算而得。C1充电结 束后，微处理器U10同样控制译码器U9选通继电器U8，于是继电器U8的5脚和6脚短接， 7脚和8脚短接，这时电容C1仅与信号调理模块相连，连接的时间可查阅模数转换模块数据手册而得，从而可通过微处理器U10内置的模数转换模块转换成数字信号并经微处理器 U10处理后即可得到现场通道一的信号大小。
权利要求一种多通道模拟信号隔离采集装置，其特征在于信号隔离选择模块与信号调理模块、微处理器模块、显示模块依次相连，微处理器模块与信号隔离选择模块相连，电源模块提供电源；其中，微处理器模块，用于发送控制信号、显示信号、与上位机通信；信号隔离选择模块，用于接收所述微处理器模块的控制信号和现场信号，对现场信号进行通道选择和隔离后输出；信号调理模块，用于接收所述信号隔离选择模块输出的物理信号进行阻抗匹配、滤波、调幅后输出；微处理器模块内置的模数转换模块用于接收信号调理模块输出的物理信号并进行测量后转换为数字信号；显示模块用于接收微处理器的显示信号并显示现场信号的大小；电源模块用于对多通道模拟信号隔离采集装置供电。
2.根据权利要求1所述的一种多通道模拟信号隔离采集装置，其特征在于所述信号隔 离选择模块内部连接关系为继电器Ul的1、3脚与电阻Rl的一端相连，继电器Ul的2、4 脚与译码器U9的14脚相连，继电器Ul的8、6脚与现场输入通道一信号(AI1A、AI1B)相 连，继电器U2的1、3脚与电阻R2的一端相连，继电器U2的2、4脚与译码器U9的13脚相 连，继电器U2的8、6脚与现场输入通道二信号(AI2A、AI2B)相连，继电器U3的1、3脚与电 阻R3的一端相连，继电器U3的2、4脚与译码器U9的12脚相连，继电器U3的8、6脚与现 场输入通道三信号(AI3A、AI3B)相连，继电器U4的1、3脚与电阻R4的一端相连，继电器 U4的2、4脚与译码器U9的11脚相连，继电器U4的8、6脚与现场输入通道四信号(AI4A、 AI4B)相连，继电器TO的1、3脚与电阻R5的一端相连，继电器TO的2、4脚与译码器U9的 10脚相连，继电器TO的8、6脚与现场输入通道五信号(AI5A、AI5B)相连，继电器TO的1、 3脚与电阻R6的一端相连，继电器U6的2、4脚与译码器U9的9脚相连，继电器U6的8、6 脚与现场输入通道六信号(AI6A、AI6B)相连，继电器U7的1、3脚与电阻R7的一端相连，继 电器U7的2、4脚与译码器U9的15脚相连，继电器U7的5脚和7脚通过电阻R9相连，继 电器U8的1、3脚与电阻R8的一端相连，继电器U8的2、4脚与译码器U9的7脚相连，继电 器U8的5脚与模拟地相连，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电 阻R8的另一端与多通道模拟信号隔离采集装置的供电端DVCC相连，继电器Ul的5脚、继 电器U2的5脚、继电器U3的5脚、继电器U4的5脚、继电器U5的5脚、继电器U6的5脚、 继电器U7的6脚、继电器U8的6脚与电容Cl的一端相连，继电器Ul的7脚、继电器U2的 7脚、继电器U3的7脚、继电器U4的7脚、继电器TO的7脚、继电器TO的7脚、继电器U7 的8脚、继电器U8的8脚与电容Cl的另一端相连，译码器U9的1、2、3、4脚分别与微处理 器模块UlO的14、15、16、17脚相连，译码器U9的5脚和8脚与多通道模拟信号隔离采集装 置的供电端信号地相连，译码器U9的6脚和16脚与多通道模拟信号隔离采集装置的供电 端DVCC相连。
专利摘要本实用新型公开了一种多通道模拟信号隔离采集装置。信号隔离选择模块与信号调理模块、微处理器模块、显示模块依次相连，微处理器模块与信号隔离选择模块相连，电源模块提供电源。本实用新型与现有技术相比具有的有益效果成本低，电路简单，使用单个电源即实现了通道之间及通道与采集装置之间的隔离问题，并且不存在共模干扰问题。
文档编号G05B19/418GK201638078SQ201020154969
公开日2010年11月17日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者朱钱虎 申请人:杭州山科电子技术开发有限公司