[发明专利]一种低成本微功耗的高精度数据采集系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种低成本微功耗的高精度数据采集系统。

背景技术

目前，在许多工业自动化测控、远程数据采集及传输等应用领域，比较典型的应用模式仍是采用各种传感器来测量现场的各种物理量(如压力、温度、湿度等)，传感器将这些被测物理量转换为微小的电信号(一般为电压信号)。这些电信号一般都是模拟信号，且信号幅度一般都很微小，往往还包含有不需要的频率成分(如来自于干扰源)，一般不能直接使用。需要通过信号调理后，把这些模拟信号变换为合适的信号形式，使其适用于模/数转换器(ADC)的输入。随后，由ADC将这些模拟信号转换为数字信号，并把数字信号送到微控制器(MCU)，由微控制器将采集到的数据实时存储到相应的数据存储芯片中，以便用于进一步的数据处理或随后传输到远程控制端。

综上可见，要完成现场各种信息(如压力、温度、湿度等)的数据采集和存储功能，需要设计一个能够实现信号调理、模/数转换、采集并存储数据的数据采集系统。为了使该数据采集系统能够长时间、以较高精度采集并存储数据，需要对该系统进行综合的一体化设计，应将功耗、精度、成本等因素综合考虑，形成一套完整的解决方案。

常规的数据采集模块通常包含在特定的工业测控仪器设备内部，往往是针对特定的应用环境而设计，专用性强，成本较高。市面上针对数据采集现场开发的微功耗低成本的通用型数据采集产品很少见，尤其是能够同时完成信号调理、模/数转换、能够以较高精度(如12位以上)进行多通道采集并存储数据，同时具有微功耗特色的数据采集产品基本上还是一个空白。

发明内容

对于工业自动化测控、远程数据采集及传输等应用领域，需要对现场各种物理量(如压力、温度、湿度等)信息进行长时间采集和存储，本发明提出了一种低成本、微功耗、高精度的数据采集系统的一体化解决方案，能够在应用现场以较高精度进行长时间的数据采集和存储。本发明中包括了信号调理模块、A/D转换模块及数据存储模块和电源模块等的具体设计方法。

本发明的技术方案如下：

一种低成本微功耗的高精度数据采集系统，包括信号调理模块、A/D转换模块、微控制器、电源模块和数据存储模块，所述信号调理模块包括信号放大电路、滤波电路及电压基准电路；选用具有同相输入差分结构的仪表级放大器INA122作为信号放大电路；信号放大电路中需在R_ef引脚接入1个1.25V的电压基准信号，使信号放大后的实际有效范围为0～1.25V和1.25～2.5V；INA122的1脚和8脚之间连接了一个1KΩ电阻和一个10KΩ可调电阻，使得INA122的信号放大倍数G在一定范围内可调；滤波电路采用巴特沃斯型的二阶低通滤波电路；采用TI公司的LM385-1.2微功耗电压基准芯片构成所述的电压基准电路，为整个系统提供1.25V的基准电压；所述微控制器为TI公司的MSP430F149芯片；所述MSP430F149内部集成有多通道、高速A/D转换模块ADC12，能提供8通道12位精度的A/D转换；数据存储模块为ATMEL公司的32兆位FLASH存储器AT45DB321B。

本发明提出的数据采集系统是基于微功耗、微型化、高精度的原则设计，采用电池供电，体积小，可便携，能够同时采集8通道的数据，采样精度可达12位，采样速率可达200k bit/s，整个数据采集系统的静态电流低于2毫安，平均电流低于10毫安，数据存储容量达到32兆位。

附图说明

图1为数据采集系统的结构框图；

图2为信号调理模块的电路图；

图3为MSP430F149与AT45DB321B的电路连接示意图；

图4为数据采集程序的流程图；

图5为AT45DB321B页面写子程序的流程图；

图6为电源模块的电路图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

微功耗和较高的数据采集精度是本数据采集系统设计时要优先考虑的两个核心问题，同时还要考虑实际成本和系统体积的要求。本数据采集系统的现场使用性要求其电流消耗尽可能小，以降低系统的功耗，延长电池的供电时间。因此，微功耗设计是系统总体设计的重要内容，它不仅能降低系统功耗，还使系统具有较低的电磁辐射和较高的可靠性。