一种扩展AD采样装置的制作方法

本实用新型涉及ad模块的技术领域，尤其是涉及一种扩展ad采样装置。

背景技术：

目前工业控制领域自动化中广泛应用的是可编程逻辑控制器。用户可以根据自己的需要自行编辑相应的用户程序来满足不同的自动化生产要求。但是成本高，效益不明显，在同样的设备、夹具、治具、屏蔽箱中如果用plc控制如果实现多功能并存的需求将会大大增加该设备的成本，也同样因为设备的空间大小需要考量安装方式的多样及难度，因此目前的通过单片机来做自动化控制。

在实际应用中及当前3c行业或医疗仪器制造中制程工艺的改善，我们常常不得不考虑测试及采集电流、电压等信号的问题，这个时候会有很多高精度或者低电压微小电流信号的采集问题，所以难以采集全部的电流、电压等信号，或者通过增加控制芯片去采集其余信号，因此不仅增加整个系统的控制成本且难以实现多个采集信号的统一处理。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题。为此，本实用新型提出一种扩展ad采样装置，能够扩展ad采样接口，以通过主控制模块控制io扩展模块选择对应的ad采样接口，通过ad采样接口输出采样信号至主控制模块，以增加ad采样的输入，以便于通过采样信号集中处理与控制。

本实用新型的一个实施例提供了扩展ad采样装置：包括：

主控制模块，所述主控制模块设有母排，所述主控制模块通过所述母排发送控制信号；

连接模块，电连接于所述母排以传输控制信号；

io扩展模块，电连接于所述连接模块以接收控制信号并选择对应的协议通道；

若干ad采样接口，用于输入采样信号；

限流滤波模块，电连接于所述io扩展模块和所述ad采样接口之间以将采样信号过滤后在对应的协议通道传输。

本实用新型实施例的一种扩展ad采样装置至少具有如下有益效果：通过io扩展模块根据控制信号选择对应的ad采样接口，即一同扩展多个ad采样模块，实现不需要增加整个系统的控制成本且实现多个采样信号集中处理与控制。

根据本实用新型的另一些实施例的一种扩展ad采样装置，一种扩展ad采样装置还包括基准电压模块，所述基准电压模块电连接于所述io扩展模块以输出基准电压至所述io扩展模块。

根据本实用新型的另一些实施例的一种扩展ad采样装置，一种扩展ad采样装置还包括输入接口、采样模块、放大模块、第二拨码开关以及第三拨码开关；

所述采样模块电连接于所述输入接口并用于采集电流信号；

所述第二拨码开关电连接于所述采样模块以接收电流信号后传输；

所述放大模块电连接于所述采样模块以接收电流信号并输出放大信号；

所述第三拨码开关的输入端连接所述采样模块、所述放大模块以及第二拨码开关的输出端，所述第三拨码开关的输出端连接所述io扩展模块。

根据本实用新型的另一些实施例的一种扩展ad采样装置，所述基准电压模块包括：基准电压单元以及缓冲隔离单元；

所述基准电压单元电连接所述io扩展模块和所述采样模块以提供基准电压信号；

所述缓冲隔离单元电连接于所述基准电压单元以对基准电压信号进行缓冲与隔离。

根据本实用新型的另一些实施例的一种扩展ad采样装置，所述采样模块包括第一采样单元、第二采样单元以及第三采样单元；

所述第一采样单元的输入端连接于所述输入接口，所述第一采样单元的输出端连接所述第二拨码开关的输入端；

所述第二采样单元的输入端电连接于所述输入接口，所述第二采样单元的输出端电连接所述第二拨码开关的输入端；

所述第三采样单元的输入端电连接于所述输入接口，所述第三采样单元的输出端连接所述第三拨码开关的输入端；

所述第二拨码开关的输出端与所述第三拨码开关输入端连接，所述第三拨码开关的输出端与所述io扩展模块连接。

根据本实用新型的另一些实施例的一种扩展ad采样装置，所述限流滤波模块包括若干限流滤波单元，所述限流滤波单元包括：限流电阻、对地电阻以及限流滤波电容；

所述限流滤波电阻的一端连接所述ad采样接口另一端连接对地电阻的一端；

所述对地电阻的另一端接地；

所述限流滤波电容的一端连接于所述限流滤波电阻和所述对地电阻之间另一端接地。

根据本实用新型的另一些实施例的一种扩展ad采样装置，所述输入接口的第一引脚和第六引脚连接有坑干扰电阻。

根据本实用新型的另一些实施例的一种扩展ad采样装置，所述第一采样单元包括：第一采样芯片、第一拨码开关、第三十电容、第三十一电容、第一连接电阻、第二连接电阻、第四十电阻、第四十二电阻、第四十三电阻；

所述第一拨码开关的第一端连接所述基准电压单元的输出端，第二端接地，第三端和第四端连接所述第一采样芯片的第一引脚；

所述第三十电容的一端连接所述第一采样芯片的第六引脚，另一端连接第四十二电阻的一端；

所述第三十一电容的一端连所述第一采样芯片的第二引脚，另一端连接电源；

所述第一连接电阻的一端连接所述第一采样芯片的第四引脚，另一端连接所述输入接口；

所述第二连接电阻的一端连接所述采样芯片的第五引脚，另一端连接所述输入接口；

所述四十电阻的一端连接所述第一采样芯片的第五引脚和所述第二连接电阻之间，另一端连接所述第一采样芯片的第四引脚和所述第一连接电阻之间；

所述第四十二电阻的一端连接所述输入接口，另一端连接第三十电容的另一端和地；

所述第四十三电阻的一端连接所述第一采样芯片的第六引脚，另一端接地。

附图说明

图1是本实用新型实施例一种扩展ad采样装置的一具体实施例模块框图；

图2是本实用新型实施例一种扩展ad采样装置的一具体实施例中第一稳压单元的电路原理图；

图3是本实用新型实施例一种扩展ad采样装置的一具体实施例中第二稳压单元的电路原理图；

图4是本实用新型实施例一种扩展ad采样装置的一具体实施例中基准电压模块的电路原理图；

图5是本实用新型实施例一种扩展ad采样装置的一具体实施例中限流滤波模块的电路原理图；

图6是本实用新型实施例一种扩展ad采样装置的一具体实施例中io扩展模块的电路原理图；

图7是本实用新型实施例一种扩展ad采样装置的一具体实施例中ad采样接口的电路原理图；

图8是本实用新型实施例一种扩展ad采样装置的一具体实施例中采样模块的电路原理图；

图9是本实用新型实施例一种扩展ad采样装置的一具体实施例中放大模块的电路原理图；

图10是本实用新型实施例一种扩展ad采样装置的一具体实施例中第二拨码开关和第三拨码开关的电路原理图。

附图标记：100、主控制模块；200、连接模块；300、io扩展模块；400、限流滤波模块；410、限流滤波单元；500、基准电压模块；510、基准电压单元；520、缓冲隔离单元；600、输入接口；700、采样模块；710、第一采样单元；720、第二采样单元；730、第三采样单元；800、放大模块；900、第三拨码开关；110、ad采样接口；120、第二拨码开关；131、第一稳压单元；132、第二稳压单元。

具体实施方式

以下将结合实施例对本实用新型的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。

在本实用新型实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

参照图1，本实用新型实施例公开一种扩展ad采样装置，包括：主控制模块100、连接模块200、io扩展模块300、ad采样接口110以及限流滤波模块400，主控制模块100设有排母并通过排母将控制信号发送出去，连接模块200电连接于母排以接收控制信号，io扩展模块300电连接于连接模块200以接收控制信号并选择对应的协议通道，ad采样接口110用于输入采样信号，且采样接口设置若干个。限流滤波模块400电连接于io扩展器u1模块和ad采样接口110之间以将采样信号进行过滤并根据对应的协议通道传输。控制信号包括负载控制信号与io扩展控制信号，io扩展信号主要用于发送至io扩展模块300以控制io扩展模块300选择对应的协议通道，然后控制对应的ad采样接口110通过限流滤波模块400、io扩展模块300、连接模块200发送至主控制模块100，所以当控制信号中的io扩展控制信号发送至io扩展模块300，io扩展模块300选择对应的协议通道，则该ad采样接口110的采样信号通过该协议通道发送至主控制模块100。

一种扩展ad采样装置还包括基准电压模块500、输入接口600、采样模块700、放大模块800、第二拨码开关120和第三拨码开关900。基准电压模块500电连接于io扩展模块300和采样模块700以输出基准电压至io扩展模块300和采样模块700，采样模块700电连接于输入接口600并用于采集电流信号，且ad采样接口110主要采集电压信号，所以通过电流信号和电压信号的采集，以便于主控制模块100针对采样信号做对应控制更加准确。放大模块800电连接于采样模块700以接收电流信号并输出放大信号，第二拨码开关120电连接于采样模块700以接收并传输电流信号，第三拨码开关900电连接于采样模块700、放大模块800以及io扩展模块300，第三拨码开关900根据第二拨码开关120发送的电流信号、放大拨块发送的放大信号以及采样模块700发送的电路信号并发送至io扩展模块300，并根据主控制模块100发送的控制信号以选择对应的电流信号沿io扩展模块300传输至主控制模块100，从而实现多路电流信号的采集。

一种扩展ad采样装置还包括稳压电源模块，稳压电源模块主要用于给各个模块进行供电，以保证各个模块能够正常且稳定地使用。

基准电压模块500包括基准电压单元510和缓冲隔离单元520，基准电压单元510电连接于io扩展模块300和采样模块700以提供基准电压信号至io扩展模块300和采样模块700，缓冲隔离单元520电连接于基准电压单元510以基准电压信号进行缓冲与隔离。基准电压单元510主要提供整个装置基准电压，且基准电压也为参考电压。由于ad采样的精度主要取决于ad采样芯片的精度、传感器的灵敏度、放大模块800的精度、电源的精度和基准电压模块500的精度，所以整个ad采样的精度不仅仅与ad采样芯片的精度有关与供电电压的大小精度都有很大的关系，ad转换时的参考电压是内部t行网络的标准电压，参考电压可以认为是最高上限电压(不超过电源电压)，当信号电压较低时，可以降低参考电压来提高分辨率。改变参考电压后，同样二进制表示的电压值就会不一样，最大的二进制表示的就是参考电压，在计算实际电压时，需要将参考电压考虑进去，且基准电压模块500发送的即是参考电压，所以参考电压的稳定性对这个装置性能有很大影响。

采样模块700包括：第一采样单元710、第二采样单元720以及第三采样单元730，第一采样单元710的输入端连接于输入接口600，第一采样单元710的输出端连接第二拨码开关120的输入端，第二采样单元720的输入端电连接于输入接口600，第二采样单元720的输出端电连接第二拨码开关120的输入端；第三采样单元730的输入端电连接于所述输入接口600，第三采样单元730的输出端连接第三拨码开关900的输入端。通过第一采样单元710、第二采样单元720与第三采样单元730采集对应的电流信号，再通过第二拨码开关120和第三拨码开关900互相调节，所以当io扩展器u1选择对应的协议通道后，控制对应的采样单元输出电流信号。比如，第二拨码开关120根据选择其中一个电流信号传输时输出该电流信号，则第三拨码开关900再从该电流信号中与第三采样单元730发送的电流信号做出选择，从而输送其中一个电流信号至主控制模块100，以通过两个拨码开关选择三种电流信号，完成电流信号三个通道的扩展，以便于采集更多的电流信号。

实施例二：参照图2和图3，稳压电源模块包括第一稳压单,131和第二稳压单元132，第一稳压单元131电连接于电源和各个通电模块之间以发送第一稳压信号至各个用电模块，第二稳压单元132电连接于电源和各个用电模块之间以发送第二稳压信号至各个用电模块。第一稳压单元131包括第一稳压芯片和第一外围电路，第一稳压芯片的型号为max74，第二稳压单元132包括第二稳压芯片和第二外围电路，第二稳压芯片的型号为reg1117-3.3，电源经过第一稳压芯片后输出稳定的5v的电压，而经过第二稳压芯片后输出稳定的3.3v的电压。

参照图4，基准电压单元510包括基准电压芯片和第九电容c09和第十二电容c12，基准电压芯片的第一引脚连接第二引脚，基准电压芯片的第三引脚连接缓冲隔离单元520，基准电压芯片的第八引脚连接电源，基准电压芯片的第四引脚接地，第九电容c09的一端连接第一基准电压芯片的第一引脚另一端接地，第十二电容c12的一端来呢及基准电压芯片的第一引脚另一端接地。缓冲隔离单元520包括隔离芯片和第十电容，隔离芯片的型号为ref3125，且隔离芯片的第一引脚连接电源第二引脚连接基准电压芯片的第三引脚，隔离芯片的第三引脚接地，第十电容c10的一端连接隔离芯片的第三引脚另一端接地。基准电压芯片给整个系统提供基准电压，而隔离芯片作为电压跟随器一般做缓冲级和隔离级，电压跟随器在这里的作用是阻抗变换作用。一方面，将输入阻抗变得很高，这样，对于输入信号的影响可以做到很小，另一方面，输出阻抗变得很低，ad输入阻抗对输入信号的影响可以减小。

参照图6，io扩展模块300主要由io扩展器u1组成，io扩展器u1通过连接模块200与主控制模块100的母排连接，且通过主控制模块100的io口:pe4、pe5、pe6、pc6、pc7来确定其sclk、din、dout、drdy、cs、rest的协议通道，通过io扩展器u1的ref-out端口获取整个系统的基准电压，且io扩展器u1的in0、in1、in2、in3、in4、in5、in6、in7端口为多路模拟信号输入通道。io扩展器u1设有第五电容c05和第八电容c08，第五电容c05的一端连接io扩展器u1的第一引脚另一端接地，第八电容c08的一端连接io扩展器u1的第十六引脚另一端接地。第五电容c05和第八电容c08采用靠近靠近ad采样接口110的设计方式有效的滤除整个系统中电源的干扰，为整个ad采样装置提供稳定、可靠的电源，以减少电源的噪声干扰从而降低电源对整个ad采样装置的精度干扰。

参照图7，ad采样接口110的第一引脚和第六引脚连接有坑干扰电阻，且在本实施例中ad采样接口110设置两个，且每一个ad采样接口110有四个输出接口，且两个ad采样接口110设置两个坑干扰电阻，抗干扰电阻的一端连接ad采样接口110的第一引脚或第六引脚另一端接地。坑干扰电阻采用0ω电阻或磁珠，通过坑干扰电阻来模拟回路中分割模拟地和数字地，也就是避免相互干扰。其中的相互干扰为两个不同回路中的电流在pcb走线上引起的电压，则两部分电压相互叠加而产生的即地线应构成环路，以防止产生高频辐射噪声。一般情况下，坑干扰电阻采用0欧电阻是最佳选择，1、可保证直流电位相等；2、单点接地，限制噪声；3、对所有频率的噪声都有衰减作用(0欧也有阻抗，而且电流路径狭窄，可以限制噪声电流通过)。

参照图5，限流滤波模块400包括若干限流滤波单元410，限流滤波单元410包括：限流电阻、对地电阻以及限流滤波电容，限流滤波电阻的一端连接ad采样接口110另一端连接对地电阻的一端，对地电阻的另一端接地；限流滤波电容的一端连接于限流滤波电阻和对地电阻之间另一端接地。在本实施例中限流滤波单元410设置八个，且限流滤波电阻为第二十一电阻r21至第二十八电阻r28之中的任一个，对地电阻为第三十一电阻r31至第三十八电阻r38之中的任一个，且滤波滤波电容为第二十一电容c21至第二十八电容c28中的任一个。限流滤波电阻和对比电阻主要为了防止在某些特殊情况下，ad采样装置的输入信号超出了ad采样的正常输入范围，能够对输入信号加以衰减以保护ad器件，防止ad器件的内部器件被击穿，从而保证ad采样装置在非常恶劣的环境下正常工作，同时在高压测试环境下还可以起到分压采集的作用。限流滤波电容和限流滤波电阻构成高通滤波，消除ad输入接口600输入采样信号的杂散信号及元件白噪音干扰。

参照图8和图10，第一采样单元710包括：第一采样芯片u2、第一拨码开关、第三十电容c30、第三十一电容c31、第一连接电阻eda1、第二连接电阻eda2、第四十电阻c40、第四十二电阻c42、第四十三电阻c43，第一采样芯片u2的型号在本实施例为ina213。第一拨码开关的第一端连接基准电压单元510的输出端，第二端接地，第三端和第四端连接第一采样芯片u2的第一引脚。第三十电容的c30一端连接所述第一采样芯片u2的第六引脚，另一端连接第四十二电阻r42的一端。第三十一电容c31的一端连第一采样芯片u2的第二引脚，另一端连接电源。第一连接电阻eda1的一端连接第一采样芯片u2的第四引脚，另一端连接输入接口600。第二连接电阻eda2的一端连接第一采样芯片u2的第五引脚，另一端连接输入接口600；第四十电阻r40的一端连接第一采样芯片u2的第五引脚和第二连接电阻eda2之间，另一端连接第一采样芯片u2的第四引脚和第一连接电阻eda1之间；第四十二电阻r42的一端连接输入接口600，另一端连接第三十电容c30的另一端和地。

第二采样单元720包括第二采样芯片u3、第三十二电容c32、第三十三电容c33、第四十四电阻r44、第四十五电阻r45、第四十六电阻r46以及第七十五电阻r75。第三十二电容c32的一端连接电源和第二采样芯片u3的第一引脚，另一端连接第二采样芯片u3的第二引脚和地；第三十三电容c33一端连接第二采样芯片u3的第五引脚另一端接地；第四十四电阻r44的一端连接第二采样芯片u3的第三引脚和输入接口600，另一端连接第二采样芯片u3的第四引脚和输入接口600；第四十五电阻r45的一端连接第二采样芯片u3的第五引脚另一端接地，第四十六电阻r46的一端连接输入接口600另一端接地。第七十五电阻r75的一端连接第二采样芯片u3的第六引脚另一端连接电源，第二采样芯片u3的第五引脚连接第二拨码开关120的输入端。

第三采样单元730包括：第三采样芯片u4、第三十四电容c34、第三十五电容c35、第三十六电容c36、第四十七电阻r47以及第四十八电阻r48。第三十四电容c34的一端连接第三采样芯片u4的第八引脚和电源另一端接地，第三十五电容c35的一端连接第三采样芯片u4的第七引脚另一端接地；第三十六电容c36的一端连接第三采样芯片u4的第六引脚另一端连接地；第四十七电阻r47的一端连接第三十五电容c35和第三采样芯片u4的第七引脚另一端接地；第四十八电阻r48的一端连接输入接口600另一端接地，第三采样芯片u4的第一引脚和第二引脚连接输入接口600，第三采样芯片u4的第七引脚连接第三拨码开关900的输入端。

第一采样芯片u2、第二采样芯片u3、第三采样芯片u4为电流采样芯片，以满足不同的电流测试需求，而不用因为不同的测试取样量程再增加其他的模块。第三十一电容c31、第三十二电容c32、第三十三电容c33、第三十四电容c34、第三十五电容c35、第三十六电容c36主要作用是降低电源噪声。第四十电阻r40、第四十四电阻r44为分流器，分流器用于扩大仪表测量电流范围，有固定式定值分流器和精密合金电阻器，均可用于仪表，通讯系统、电子整机、自动化控制的电源等回路作限流，均流取样检测；分流器也是一个可以通过大电流的精确电阻,当电流流过分流器时,在它的两端就会出现一个毫伏级的电压,于是我们用毫伏电压表来测量这个电压,再将这个电压换算成电流.就完成了大电流的测量。

参照图9和图10，放大模块800主要由两个运算放大器构成，具体电路连接如图中所示，以便于第一采样芯片和第二采样芯片u3采集的电流信号经过两个运算放大器进行放大，且运算放大器最后的输出端连接第三拨码开关900的输入端，以便于对主控制模块100选择读取被放大的电流信号，从而更利于主控制模块100进行信号控制。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。