[实用新型]一种宽电压数据采集装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高速隔离的宽电压数据采集装置。 

背景技术

在工业生产控制领域，经常需要尽可能多地采集多方面的数据，并将采集的数据实现高速、隔离以及精准的转换，特别是在数据采集范围、速率及抗干扰性能要求高的图像处理系统、测控系统中。目前，市场上所通用的数据采集设备的输入电压范围基本为几十伏甚至几伏，抗干扰能力不够理想，并且大都采用的是单片机或数字信号处理器(DSP：Digital Signal Processor)作为核心芯片，系统的采集速率较低、抗干扰能力相对较差，很难保证系统的稳定性与可靠性。随着电子技术的进步，采用高速数字隔离的方案可以很好地解决干扰的问题，输入电压范围的加宽也势必会使该采集装置应用于更多领域。而在高速数据采集方面，复杂可编程逻辑器件(CPLD：Complex Programable Logic Device)具有单片机和DSP无法比拟的优势，能够将大量的逻辑功能集成于一个单片集成电路中，具有时钟频率高，内部延时小，速度快，效率高，组成形式灵活等特点。 

发明内容

为了克服现有技术可测电压范围小、采集速率低以及抗干扰能力差等不足，本实用新型提供一种基于CPLD的宽电压数据采集装置，能对-600V～+600V的模拟电压信号进行高速的数据采集。此装置多处利用隔离器件，对信号进行隔离，从而大大提高了整个装置的抗干扰能力。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：包括匹配电阻输入电路、嵌位保护电路、多路选择器选挡电路、放大缓冲电路、模/数转换电路、数字隔离电路、CPLD控制单元、光电隔离电路和旋钮选挡电路。所述旋钮选挡电路的挡位选定信号经过光电隔离电路隔离后输出到CPLD控制单元，成为多路选择器选挡电路的控制信号，再经过数字隔离器送至多路选择器选挡电路实现对通道的控制；外部采集的模拟电压信号经过匹配电阻输入电路进行信号的衰减，衰减后的模拟信号经过嵌位保护电路将信号送入多路选择器已选好的通道，输出信号送至放大缓冲电路的运算放大器反相端。同时通过运算放大器的反馈电阻，来提供不同的衰减比，即不同反馈电阻的匹配把可采 集的输入信号分为了若干挡位，从而实现外部可采集宽至-600V～+600V的模拟信号的功能。模/数转换电路内部2V的参考电压经过电压跟随器的电阻匹配和功率提升输入到运算放大器的正向端，使双极性电压信号转换成单极性，该信号经嵌位保护电路保护送入模/数转化电路的模拟信号输入端，模/数转换电路在CPLD送入时钟触发下实现数据转换。转换后的数字信号经数字隔离电路送至CPLD控制单元进行数据的缓存，并输出最终测量结果。 

所述旋钮选挡电路的外接旋钮端Range1-Range4分别由两只500Ω的电阻并联接到地，保证初始均为未选中状态，Range1-Range4接并联的两只500Ω的电阻，再分别连接到光电耦合隔离器的2、4、6、8引脚，2、4、6、8引脚分别与供电电源间利用并联的二极管、电容和电阻元件电路消抖。 

所述反馈电阻的匹配电阻值分别为100k、20k、4k、1k，精度均为1％。 

本实用新型的有益效果是：本实用新型从外部采集-600V～+600V范围内的模拟信号，利用旋钮、光电耦合隔离器件设计巧妙的选挡电路，实现外接旋钮选挡电路与CPLD控制电路间的电气隔离并消除了噪音。光电耦合隔离器的输出信号经过CPLD控制单元产生多路选择器挡位选通的控制信号。采集的信号经过衰减后送入所选挡位通道再送入精密运放中进行信号的调理以使其满足模/数转化器采样所允许的0V～2V电压信号，利用可灵活编程的逻辑器件CPLD进行简单的预分频分出时钟脉冲以触发A/D转换，将转换后的数字信号实时的送入CPLD进行处理与缓存。