[发明专利]一种可配置的多路模拟和数字信号采集系统

说明书

技术领域

本发明属于多路模拟和数字信号采集技术领域，特别涉及一种基于可编程片上系统的可配置的多路模拟和数字信号采集系统。

背景技术

信号采集系统的发展使系统中的传感器逐渐增多，如果一个系统中传感器特别多，受一般单片机资源的限制，需要多片单片机级联才可完成任务，这样增大了系统的复杂性，降低了系统的集成度和可靠性。基于FPGA的多路信号采集系统，充分利用了FPGA I/O口多、可编程的优势，用单核即可完成多路信号采集，但是由于FPGA本身不能处理模拟信号，因此在含模拟信号的系统中，需要外接模拟多路选择器和模数转换器来实现系统功能，系统也比较复杂。

多路信号采集系统不仅系统复杂，而且专用性强，只能连接特定的传感器，比如温度、流量传感器等，如果传感器的种类发生变化，就需要重新进行整个系统的硬件设计，不利于系统的更新和升级。

比如名称为“多路检测系统”的实用新型专利，授权号为CN201688896U，涉及一种多路采集系统，系统由模拟信号多路选择模块、模数转换模块、控制模块和存储模块组成，多路模拟信号经过多路选择模块的选择后进入模数转换模块进行模数转换，转换成的数字信号传送到控制模块，最后传送到存储模块进行存储。该系统存在以下不足：

1．上述专利硬件组成模块较多、系统比较复杂；

2.上述专利只能测量模拟的气体质量流量信号，并且能够采集的通道数确定，不可配置，通用性较差；

3.上述专利的采集结果不能进行远程传送，必须到现场才能取得采集结果。

Cypress公司的可编程片上系统（Programmable System on Chip，简称PSoC），在单个芯片上集成微控制器(MCU)、存储器、模拟外设和数字外设，并且PSoC内部的模拟资源和数字阵列可以根据需求，通过PSoC Creator集成开发环境进行配置，而且可从任意通用输入输出引脚路由至任意数字或模拟外设，可以简化系统设计，提高系统集成度。比如名称为“基于可编程片上系统的通用串行总线密码锁”的发明专利，公开号为CN101325492A，就涉及了可编程片上系统PSoC在电子和信息安全技术领域的应用。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种可配置的多路模拟和数字信号采集系统，该系统基于可编程片上系统的优势，具有集成度高、可配置、可扩展、单芯片可采集信号的路数多、数据可传输到远程计算机等优点。

本发明提出的一种可配置的多路模拟和数字信号采集系统，其特征在于，主要由基于PSoC芯片的以太网通信板和通过I²C总线连接的一个或多个基于PSoC芯片的传感器采集板所组成；该以太网通信板通过I²C总线控制传感器采集板进行数据采集，也通过I²C总线读取传感器采集板的采集结果，并且，以太网通信板根据远程上位机的指令，通过SPI接口与以太网控制芯片进行通信，进而通过以太网使用TCP协议将采集的传感器数据实时上传，从而完成对多路传感器的远程监测。

所述每个传感器采集板主要由第一PSoC芯片，与该芯片相连的电平转换芯片、晶振和JTAG接口，以及多个传感器接线端子所组成；其中，第一PSoC芯片，用于对与传感器接口相连的所有传感器的信号进行读取；电平转换芯片为传感器采集板各电路供电。晶振为第一PSoC芯片提供时钟信号；JTAG接口用于电路板与JTAG仿真器连接。采用本发明系统，传感器输出的模拟或数字信号直接与第一PSoC芯片的输入输出引脚相连，因此每个传感器采集板包含可以插接传感器的接线端子，接线端子的引脚与第一PSoC芯片的输入输出引脚相连。

传感器采集板用于对与其相连的所有传感器输出的数据进行采集，每个传感器采集板可同时采集57路模拟信号或者67路数字信号，各种类型的传感器通过导线（0～200米长）插接到传感器采集板的接线端子上，与第一PSoC芯片U1的输入输出引脚直接相连。