一種通用型多路數(shù)據(jù)采集傳輸終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（少147頁?。?/h1>
2019-08-31 13:05:26李偉康劉延飛王藝輝嚴(yán)恬甜
科技與創(chuàng)新 2019年8期
李偉康 劉延飛 王藝輝 嚴(yán)恬甜
摘要：各種專用非電量測量終端接口繁多，互不兼容，成為廣泛應(yīng)用的瓶頸。研究了一種多路數(shù)據(jù)采集傳輸終端，采用模塊化通用化設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)對各種不同電壓范圍的模擬信號輸入、脈沖輸入和數(shù)字量輸入的測量，通過有線或者無線方式傳輸至上位機(jī)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)工作穩(wěn)定，通用化好，適合廣泛應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：多路數(shù)據(jù)采集;STM32;隔離輸出;模塊化設(shè)計(jì)
中圖分類號：TP274.2
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
DOI：10. 15913/j .cnki.kj ycx.2019.08.062
目前在對輻射、溫度、濕度、壓力、氣體濃度、光照、振動和聲音強(qiáng)度等環(huán)境信息的獲取上，有大量各類數(shù)據(jù)采集傳輸終端，但設(shè)計(jì)專用性強(qiáng)，互相不連通，應(yīng)用性差。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有效解決了對多路信號、多種信號同時(shí)采集測試的問題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通用化。針對不同范圍的模擬信號電壓，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)采集誤差都較小的采集和傳輸，接口一致，有線無線通訊均可。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)總體框架如圖1所示，主要包括上位機(jī)部分和下位機(jī)部分（數(shù)據(jù)采集終端），其中，下位機(jī)含有模擬信號采集模塊、脈沖信號采集模塊、隔離輸出模塊、微處理器核心板等模塊。模塊之間通過插接的方式進(jìn)行連接，這樣既有利于排查故障，也有利于系統(tǒng)的整體綜合設(shè)計(jì)。
1.1 模擬信號采集模塊設(shè)計(jì)
模擬信號采集電路的設(shè)計(jì)是要實(shí)現(xiàn)對多路模擬信號的同時(shí)高精度采集。ADS1256模擬信號采集模塊原理如圖2所示。原理圖主要包括多路信號輸入濾波電路、ADS1256芯片、連接端口電路。圖2中ADS1256芯片可完成八路模擬信號單路輸入或者四路差分輸入測量。
1.2 脈沖測量模塊設(shè)計(jì)
脈沖測量采用一種微處理器控制TDC-GP2芯片完成。脈沖信號的測量主要完成對脈沖上升沿時(shí)間和頻率的測量。利用微處理器產(chǎn)生兩路參考信號DACI和DAC2，經(jīng)放大電路放大（AD823芯片）后輸入至高速精確比較電路（ TIV3501），與輸入的脈沖信號比較產(chǎn)生TDC-GP2芯片計(jì)算所需的輸入信號START和STOP。TDC-GP2處理輸出脈沖信號參數(shù)傳輸至微處理器，測量流程如圖3所示。
1.3 光耦隔離輸出模塊設(shè)計(jì)
光耦隔離輸出模塊主要包括光耦隔離電路。本課題選取6N137單通道高速光耦合器，隔離輸出原理如圖4所示。隔離輸出電路的輸入有差分輸入、共陽極輸入和共陰極輸入三種方式，輸入信號電壓范圍是3.3 - 24 V。輸出信號為NPN
李偉康 劉延飛 王藝輝 嚴(yán)恬甜
摘要：各種專用非電量測量終端接口繁多，互不兼容，成為廣泛應(yīng)用的瓶頸。研究了一種多路數(shù)據(jù)采集傳輸終端，采用模塊化通用化設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)對各種不同電壓范圍的模擬信號輸入、脈沖輸入和數(shù)字量輸入的測量，通過有線或者無線方式傳輸至上位機(jī)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)工作穩(wěn)定，通用化好，適合廣泛應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：多路數(shù)據(jù)采集;STM32;隔離輸出;模塊化設(shè)計(jì)
中圖分類號：TP274.2
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
DOI：10. 15913/j .cnki.kj ycx.2019.08.062
目前在對輻射、溫度、濕度、壓力、氣體濃度、光照、振動和聲音強(qiáng)度等環(huán)境信息的獲取上，有大量各類數(shù)據(jù)采集傳輸終端，但設(shè)計(jì)專用性強(qiáng)，互相不連通，應(yīng)用性差。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有效解決了對多路信號、多種信號同時(shí)采集測試的問題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通用化。針對不同范圍的模擬信號電壓，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)采集誤差都較小的采集和傳輸，接口一致，有線無線通訊均可。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)總體框架如圖1所示，主要包括上位機(jī)部分和下位機(jī)部分（數(shù)據(jù)采集終端），其中，下位機(jī)含有模擬信號采集模塊、脈沖信號采集模塊、隔離輸出模塊、微處理器核心板等模塊。模塊之間通過插接的方式進(jìn)行連接，這樣既有利于排查故障，也有利于系統(tǒng)的整體綜合設(shè)計(jì)。
1.1 模擬信號采集模塊設(shè)計(jì)
模擬信號采集電路的設(shè)計(jì)是要實(shí)現(xiàn)對多路模擬信號的同時(shí)高精度采集。ADS1256模擬信號采集模塊原理如圖2所示。原理圖主要包括多路信號輸入濾波電路、ADS1256芯片、連接端口電路。圖2中ADS1256芯片可完成八路模擬信號單路輸入或者四路差分輸入測量。
1.2 脈沖測量模塊設(shè)計(jì)
脈沖測量采用一種微處理器控制TDC-GP2芯片完成。脈沖信號的測量主要完成對脈沖上升沿時(shí)間和頻率的測量。利用微處理器產(chǎn)生兩路參考信號DACI和DAC2，經(jīng)放大電路放大（AD823芯片）后輸入至高速精確比較電路（ TIV3501），與輸入的脈沖信號比較產(chǎn)生TDC-GP2芯片計(jì)算所需的輸入信號START和STOP。TDC-GP2處理輸出脈沖信號參數(shù)傳輸至微處理器，測量流程如圖3所示。
1.3 光耦隔離輸出模塊設(shè)計(jì)
光耦隔離輸出模塊主要包括光耦隔離電路。本課題選取6N137單通道高速光耦合器，隔離輸出原理如圖4所示。隔離輸出電路的輸入有差分輸入、共陽極輸入和共陰極輸入三種方式，輸入信號電壓范圍是3.3 - 24 V。輸出信號為NPN
