本發(fā)明涉及自動化檢測和控制技術領域，尤其涉及一種多通道信號采集系統(tǒng)及采集方法。

背景技術：

在自動化控制領域，常常會需要對多通道信號進行采集。傳統(tǒng)的多通道信號采集方式有兩種：第一種采集方式是利用具有多個通道的采集器件或使用多個采集器件，例如具有多個輸入通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，進行多通道信號采集，但這種采集器件的通道數(shù)量固定，只能采集固定通道數(shù)量的信號，并且相對于其他芯片，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片價格較高，多通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片更為昂貴，因此該方法會極大地增加系統(tǒng)成本；第二種采集方式是利用多路開關器件通過通道切換實現(xiàn)多通道信號的分時采集，但利用多路開關器件采集通道數(shù)量較多的信號時，多路開關器件的電路結構將會非常復雜，因而多路開關器件多用于采集通道數(shù)量較少的信號，同樣也會受到通道數(shù)量的限制。綜上，傳統(tǒng)的多通道信號采集方式受限于采集器件和開關器件的通道數(shù)量，具有較大的局限性，無法方便地實現(xiàn)通道數(shù)量的擴展和裁剪。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種多通道信號采集系統(tǒng)及采集方法，可解決現(xiàn)有技術中無法方便地實現(xiàn)通道數(shù)量擴展和裁剪的問題。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

本發(fā)明第一方面提供了一種多通道信號采集系統(tǒng)，所述多通道信號采集系統(tǒng)包括：主控制器，所述主控制器包括用于輸出時鐘信號的第一輸出端和用于輸出初始信號的第二輸出端；至少一個移位寄存器，所述移位寄存器包括第一輸入端、第二輸入端、以及N個輸出端，N≥2；當所述多通道信號采集系統(tǒng)包括一個所述移位寄存器時，所述移位寄存器的第一輸入端與所述主控制器的第一輸出端相連，所述移位寄存器的第二輸入端與所述主控制器的第二輸出端相連；當所述多通道信號采集系統(tǒng)包括多個所述移位寄存器時，多個所述移位寄存器相級聯(lián)，相鄰兩個移位寄存器中后一個移位寄存器的第二輸入端與前一個移位寄存器的第N輸出端相連，多個所述移位寄存器的第一輸入端均與所述主控制器的第一輸出端相連，第一個移位寄存器的第二輸入端與所述主控制器的第二輸出端相連；若干信號開關，每個所述信號開關與所述移位寄存器的一個輸出端相連，且各所述信號開關所連接的移位寄存器的輸出端各不相同；若干個被測設備，若干所述被測設備與若干所述信號開關一一對應相連，所述被測設備輸出檢測信號；信號采集電路，所述信號采集電路與若干所述信號開關及所述主控制器相連，所述信號采集電路用于采集所述被測設備輸出的檢測信號，并對采集到的檢測信號進行處理。

基于上述多通道信號采集系統(tǒng)的結構，移位寄存器的輸出端對應控制通道的導通，這樣，主控制器只需輸出驅(qū)動移位寄存器的輸出端進行移位輸出的時鐘信號，以及作為第一個移位寄存器輸入的初始信號，即可實現(xiàn)對多通道信號的分時采集。由于移位寄存器包括有多個輸出端，因而可以實現(xiàn)對通道數(shù)量較多的信號的采集，進一步，還可通過多個移位寄存器的級聯(lián)，方便地實現(xiàn)對多通道信號采集系統(tǒng)的通道數(shù)量的擴展或者裁剪。此外，本發(fā)明所提供的多通道信號采集系統(tǒng)的結構簡單，無需利用傳統(tǒng)采集方式中的多通道采集器件或多通道開關器件進行信號采集，因此也相應地降低了應用成本。

本發(fā)明第二方面提供了一種多通道信號采集方法，所述多通道信號采集方法應用于如本發(fā)明第一方面所述的多通道信號采集系統(tǒng)，所述多通道信號采集方法包括：步驟S1：被測設備輸出檢測信號；步驟S2：主控制器輸出時鐘信號和初始信號，驅(qū)動移位寄存器的輸出端進行移位輸出，移位寄存器的第一輸出端輸出開關控制信號；步驟S3：所述開關控制信號控制與第一輸出端相連的信號開關導通，對應的被測設備輸出的檢測信號傳輸至信號采集電路；步驟S4：所述信號采集電路采集所傳輸?shù)臋z測信號，并對所采集的檢測信號進行處理；步驟S5：所述主控制器判斷是否已采集完所需要的全部通道的檢測信號，如果是，則結束采集；如果否，所述主控制器控制當前輸出端停止輸出開關控制信號，下一輸出端輸出開關控制信號，控制對應的信號開關導通，所述信號采集電路采集該信號開關對應的檢測設備所輸出的檢測信號，直至采集完所需要的全部通道的檢測信號，結束采集。

上述多通道信號采集方法的有益效果與本發(fā)明第一方面所提供的多通道信號采集系統(tǒng)的有益效果相同，此處不再贅述。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例所提供的多通道信號采集系統(tǒng)的結構示意圖一；

圖2為本發(fā)明實施例所提供的多通道信號采集系統(tǒng)的結構示意圖二；

圖3為本發(fā)明實施例所提供的多通道信號采集方法的流程圖；

圖4為本發(fā)明實施例所提供的多通道信號采集方法對應的時序圖。

附圖標記說明：

1-主控制器； 2-移位寄存器；

3-信號開關； 4-被測設備；

5-信號采集電路； 51-濾波器；

52-放大器； 53-模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，均屬于本發(fā)明保護的范圍。

需要說明的是，說明書中所述的“通道”是指被測設備輸出的檢測信號通過信號開關傳輸至信號采集電路中的通道。

實施例一

本實施例提供了一種多通道信號采集系統(tǒng)，如圖1所示，該多通道信號采集系統(tǒng)具體包括主控制器1、至少一個移位寄存器2、若干信號開關3、若干個被測設備4和信號采集電路5。

具體的，主控制器1包括用于輸出時鐘信號的第一輸出端(圖中用IO₁表示)和用于輸出初始信號的第二輸出端(圖中用IO₂表示)。

移位寄存器2包括第一輸入端(圖中用CLK表示)、第二輸入端(圖中用DAT表示)、以及N個輸出端(圖中用QP₁～QP_n表示)，其中，N≥2。當多通道信號采集系統(tǒng)僅包括一個移位寄存器2時，移位寄存器2的第一輸入端與主控制器1的第一輸出端相連，移位寄存器2的第二輸入端與主控制器1的第二輸出端相連；當多通道信號采集系統(tǒng)包括多個移位寄存器2時，多個移位寄存器2相級聯(lián)，相鄰兩個移位寄存器2中后一個移位寄存器2的第二輸入端與前一個移位寄存器2的第N輸出端相連，多個移位寄存器2的第一輸入端均與主控制器1的第一輸出端相連，第一個移位寄存器2的第二輸入端與主控制器1的第二輸出端相連。其中，第一個移位寄存器2為多通道信號采集系統(tǒng)中的與主控制器1緊鄰的移位寄存器。

每個信號開關3與移位寄存器2的一個輸出端相連，且各信號開關3所連接的移位寄存器2的輸出端各不相同，信號開關3用于根據(jù)移位寄存器2的輸出端輸出的開關控制信號，控制所對應的通道的導通或斷開。

若干被測設備4與若干信號開關3一一對應相連，被測設備4輸出檢測信號，當與某一被測設備4相連的信號開關3導通時，該被測設備4輸出的檢測信號可通過信號開關3傳輸至信號采集電路5中。

信號采集電路5與若干信號開關3及主控制器1相連，信號采集電路5用于采集被測設備4輸出的檢測信號，并對采集到的檢測信號進行處理。

需要說明的是，在實際應用中，移位寄存器2所包括的全部輸出端的數(shù)目并不一定是N，可以大于N。也就是說，如上所述的移位寄存器2的N個輸出端是指在多通道信號采集系統(tǒng)進行檢測信號采集工作時，分別對應連接一個信號開關3，用于分別對應控制一個通道的導通的輸出端，移位寄存器2除了該N個輸出端之外，還可包括其他未連接信號開關3的輸出端(圖中未示出)。如果移位寄存器2包括未連接信號開關3的輸出端，則在采集過程中，主控制器1可控制移位寄存器2的第N輸出端之前的所有輸出端(包括連接信號開關3的輸出端和未連接信號開關3的輸出端)依次輸出開關控制信號，而對于移位寄存器2的第N輸出端之后的未連接信號開關3的輸出端，可直接跳過，無需輸出開關控制信號。

此外，需要說明的是，不同的移位寄存器2中連接信號開關3的輸出端的個數(shù)(即不同的移位寄存器2所對應的N的數(shù)值)可以相同，也可不同。

基于上述多通道信號采集系統(tǒng)的結構，移位寄存器2的N個輸出端都分別對應控制一個通道的導通或斷開，這樣，主控制器1只需輸出驅(qū)動移位寄存器2的輸出端進行移位輸出的時鐘信號，以及作為第一個移位寄存器2輸入的初始信號，即可實現(xiàn)對多通道信號的分時采集。由于移位寄存器2包括有多個輸出端，因而可以實現(xiàn)對通道數(shù)量較多的信號的采集，進一步，還可通過多個移位寄存器2的級聯(lián)，實現(xiàn)對多通道信號采集系統(tǒng)的通道數(shù)量的擴展或裁剪。

因此，利用本實施例所提供的多通道信號采集系統(tǒng)，可方便地實現(xiàn)通道數(shù)量的擴展和裁剪。此外，本實施例所提供的多通道信號采集系統(tǒng)的結構簡單，無需利用傳統(tǒng)采集方式中的多通道芯片進行信號采集，因此也相應地降低了應用成本。

需要說明的是，在實際應用中，當信號采集電路5每次采集完對應的被測設備4輸出的檢測信號后，主控制器1可以對所采集的檢測信號進行讀取，完成對各個通道檢測信號的采集。當信號采集電路5每次采集完對應的被測設備4輸出的檢測信號后，主控制器1也可以根據(jù)實際需要選擇性地讀取所采集的檢測信號，從而提高了多通道采集系統(tǒng)的采集速率。

可選的，多通道信號采集系統(tǒng)中的被測設備4可為傳感器。

優(yōu)選的，多通道信號采集系統(tǒng)中可采用HEF4094B型號的移位寄存器2，以及采用SN74LVC1G66型號的信號開關3。

具體的，信號開關3包括與對應的移位寄存器2的輸出端相連的開關控制端(圖中用a表示)，與對應的被測設備4的輸出端相連的開關輸入端(圖中用b表示)，以及與信號采集電路5相連的開關輸出端(圖中用c表示)。

當移位寄存器2的輸出端向信號開關3的開關控制端輸出導通信號開關3的開關控制信號時，對應的被測設備4所輸出的檢測信號通過信號開關3的開關輸入端和開關輸出端傳輸至信號采集電路5中，從而實現(xiàn)對該檢測信號的采集；當移位寄存器2的輸出端向開關控制端輸出斷開信號開關3的開關控制信號時，對應的被測設備4輸出的檢測信號無法傳輸至信號采集電路5中，因而無法對該檢測信號進行采集。

需要說明的是，為了實現(xiàn)多通道信號采集系統(tǒng)對檢測信號的分時采集，在某一時段，只能有一個信號開關3處于導通狀態(tài)，其他信號開關3均需處于斷開狀態(tài)，處于斷開狀態(tài)的信號開關3的開關輸出端輸出高阻狀態(tài)，因此，在不需對某一通道的檢測信號進行采集時，可以確保該通道不會對其他通道的采集工作造成干擾。

具體的，多通道采集系統(tǒng)中的主控制器1為可編程控制器，可選的，主控制器1可為MCU(Microcontroller Unit)、ARM(Advanced RISC Machine)處理器、數(shù)字信號處理器或現(xiàn)場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array，簡稱FPGA)中的任意一種可編程控制器。

如圖2所示，多通道采集系統(tǒng)中的信號采集電路5具體可包括濾波器51和放大器52；濾波器51用于對采集到的檢測信號進行濾波處理，放大器52用于對采集到的檢測信號進行放大處理。

此外，信號采集電路5還可包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器53，模數(shù)轉(zhuǎn)換器53用于在被測設備4輸出模擬檢測信號時，將模擬檢測信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字檢測信號。在實際應用中，被測設備4不僅可能輸出數(shù)字檢測信號，還可能輸出模擬檢測信號，如果主控制器1只能接收數(shù)字檢測信號，通過在信號采集電路5中設置模數(shù)轉(zhuǎn)換器53，可以將被測設備4輸出的模擬檢測信號轉(zhuǎn)換成可輸入至主控制器1中的數(shù)字檢測信號，進而使得多通道信號采集系統(tǒng)既可以采集數(shù)字檢測信號，也可以采集模擬檢測信號，擴大了應用范圍。

實施例二

本實施例提供了一種多通道信號采集方法，該多通道信號采集方法應用于如實施例一所述的多通道信號采集系統(tǒng)中。

如圖3所示，多通道信號采集方法具體包括：

步驟S1：被測設備輸出檢測信號。

步驟S2：主控制器輸出時鐘信號和初始信號，驅(qū)動移位寄存器的輸出端進行移位輸出，移位寄存器的第一輸出端輸出開關控制信號。

步驟S3：開關控制信號控制與第一輸出端相連的信號開關導通，對應的被測設備輸出的檢測信號傳輸至信號采集電路。

步驟S4：信號采集電路采集所傳輸?shù)臋z測信號，并對所采集的檢測信號進行處理。

步驟S5：主控制器判斷是否已采集完所需要的全部通道的檢測信號，如果是，則結束采集；如果否，主控制器控制當前輸出端停止輸出開關控制信號，下一輸出端輸出開關控制信號，控制對應的信號開關導通，信號采集電路采集該信號開關對應的檢測設備所輸出的檢測信號，直至采集完所需要的全部通道的檢測信號，結束采集。

需要說明的是，當移位寄存器2中包括有未連接信號開關3的輸出端時，在采集過程中，主控制器1可控制移位寄存器2的第N輸出端之前的所有輸出端(包括連接信號開關3的輸出端和未連接信號開關3的輸出端)依次輸出開關控制信號，而對于移位寄存器2的第N輸出端之后的未連接信號開關3的輸出端，可直接跳過，無需輸出開關控制信號。

應用本實施例所提供的多通道信號采集方法，可基于多通道信號采集系統(tǒng)中多個移位寄存器2的級聯(lián)，實現(xiàn)了對多通道信號采集系統(tǒng)的通道數(shù)量的擴展或裁剪。因此，通過本實施例所提供的多通道信號采集方法，可方便地實現(xiàn)通道數(shù)量的擴展和裁剪，擴大多通道信號采集系統(tǒng)的應用范圍。

在信號采集電路5每次采集完對應的檢測信號時，主控制器1可以讀取所采集的檢測信號，完成對各個通道檢測信號的采集。在信號采集電路5每次采集完對應的檢測信號時，主控制器1也可以根據(jù)實際需要選擇性地讀取所采集的檢測信號，從而提高多通道采集系統(tǒng)的采集速率。

為了使敘述更加清楚，下面結合實際應用中的一種具體實施方案進行說明，在該具體實施方案中，移位寄存器2僅包括連接有信號開關3的N個輸出端，不包括其他未連接有信號開關3的輸出端：

基于圖1所示的多通道信號采集系統(tǒng)以及圖3所示的多通道信號采集方法，示例性的，如圖4所示，當時鐘信號出現(xiàn)上升沿時，第一個移位寄存器(移位寄存器A)2的第一輸出端輸出與當前時段初始信號狀態(tài)相同的開關控制信號，且在時鐘信號出現(xiàn)上升沿時，移位寄存器2的各輸出端依次進行移位輸出，除時鐘信號出現(xiàn)上升沿以外的其他時刻，移位寄存器2的所有輸出端輸出的開關控制信號的電平狀態(tài)保持不變。當開關控制信號為高電平時，信號開關3導通。

具體的，結合如圖4所示的時序圖，在多通道信號采集周期開始前，各移位寄存器2的全部輸出端均輸出低電平，在多通道信號采集周期開始時的T₁時段，主控制器1的第一輸出端輸出低電平的時鐘信號CLK，主控制器1的第二輸出端輸出高電平的初始信號DAT。

在多通道信號采集周期進入T₂時段時，將時鐘信號置高，時鐘信號出現(xiàn)上升沿，第一個移位寄存器2的第一輸出端A-QP₁輸出與當前時段初始信號狀態(tài)相同的開關控制信號，即輸出高電平的開關控制信號，這時，第一輸出端A-QP₁對應的信號開關3導通，對應的被測設備4(A₁)輸出的檢測信號傳輸至信號采集電路5中，完成對第一個通道的檢測信號的采集。

在多通道信號采集周期進入T₃時段時，將時鐘信號置低，以及將初始信號置低，時鐘信號出現(xiàn)下降沿，第一個移位寄存器2的第一輸出端A-QP₁依舊保持輸出高電平的開關控制信號。

在多通道信號采集周期進入T₄時段時，將時鐘信號置高，時鐘信號出現(xiàn)上升沿，第一個移位寄存器2的第一輸出端A-QP₁輸出與當前時段初始信號電平狀態(tài)相同的開關控制信號，即輸出低電平的開關控制信號，這時，第一個移位寄存器2的第一輸出端A-QP₁對應的信號開關3斷開，對應的被測設備4(A₁)輸出的檢測信號不能傳輸至信號采集電路5中；而根據(jù)移位寄存器2的工作原理，第一個移位寄存器2的第二輸出端A-QP₂輸出與T₃時段第一輸出端A-QP₁輸出的開關控制信號狀態(tài)相同的開關控制信號，即第二輸出端A-QP₂輸出高電平，這時，第二輸出端A-QP₂對應的信號開關3導通，對應的被測設備4(A₂)輸出的檢測信號傳輸至信號采集電路5中，完成對第二個通道的檢測信號的采集。

依次類推，直至對第一個移位寄存器2的N個輸出端(A-QP₁～A-QP_n)所對應的被測設備4(A₁～A_n)輸出的檢測信號全部采集完成。

在此過程中，每次采集完檢測信號后，主控制器1都需要判斷是否已采集完所需要的全部通道的檢測信號，若直至對第一個移位寄存器2的N個輸出端(A-QP₁～A-QP_n)所對應的被測設備4(A₁～A_n)輸出的檢測信號全部采集完畢，仍未完成對所需要的全部通道的檢測信號的采集，則進入對下一移位寄存器2的N個輸出端所對應的被測設備4輸出的檢測信號的采集，具體過程如下：

在多通道信號采集周期進入T_i時段時，將時鐘信號置高，時鐘信號出現(xiàn)上升沿，第一個移位寄存器2的第N輸出端A-QP_n輸出低電平的開關控制信號，這時，第一個移位寄存器2的第N輸出端A-QP_n對應的信號開關3斷開，對應的被測設備4(A_n)輸出的檢測信號不能傳輸至信號采集電路5中；第二個移位寄存器(移位寄存器B)2的第一輸出端(B-QP₁)輸出與T_i-1時段第一個移位寄存器2的第N輸出端A-QP_n輸出的開關控制信號(相當于第二個移位寄存器2輸入的初始信號)狀態(tài)相同的開關控制信號，即第二個移位寄存器2的第一輸出端(B-QP₁)輸出高電平，這時，第二個移位寄存器2的第一輸出端B-QP₁對應的信號開關3導通，對應的被測設備4(B₁)輸出的檢測信號傳輸至信號采集電路5中，完成對第N+1個通道的檢測信號的采集。

在多通道信號采集周期進入T_i+1時段時，將時鐘信號置低，時鐘信號出現(xiàn)下降沿，第二個移位寄存器2的第一輸出端B-QP₁依舊保持輸出高電平的開關控制信號。

在多通道信號采集周期進入T_i+2時段時，將時鐘信號置高，時鐘信號出現(xiàn)上升沿，第二個移位寄存器2的第一輸出端B-QP₁輸出與當前時段第一個移位寄存器2的第N輸出端A-QP_n輸出的開關控制信號(相當于向第二個移位寄存器2輸入的初始信號)狀態(tài)相同的開關控制信號，即輸出低電平的開關控制信號，這時，第二個移位寄存器2的第一輸出端B-QP₁對應的信號開關3斷開，對應的被測設備4(B₁)輸出的檢測信號不能傳輸至信號采集電路5中；而根據(jù)移位寄存器2的工作原理，第二個移位寄存器2的第二輸出端B-QP₂輸出與T _i+1時段第一輸出端B-QP₁輸出的開關控制信號狀態(tài)相同的開關控制信號，即第二輸出端B-QP₂輸出高電平，這時，第二輸出端B-QP₂對應的信號開關3導通，對應的被測設備4(B₂)輸出的檢測信號傳輸至信號采集電路5中，完成對第N+2個通道的檢測信號的采集。

依次類推，利用級連的多個移位寄存器2，實現(xiàn)對后續(xù)通道的檢測信號的采集，直至采集完所需要的全部通道的檢測信號。

需要說明的是，在每次采集后，主控制器1都需要判斷是否已采集完所需要的全部通道的檢測信號，如果是，則結束采集；如果否，則繼續(xù)進行下一通道的檢測信號的采集，直至采集完所需要的全部通道的檢測信號，結束采集。

在信號采集電路5每次對檢測信號采集后，根據(jù)實際需要，主控制器1可對每個通道的檢測信號都進行讀取，或者選擇性地讀取部分通道所采集的檢測信號。

本實施例中，多通道信號采集周期的每一時段(T₁、T₂、…、T_m)時間的設定，可根據(jù)多通道信號采集系統(tǒng)要求的信號采集速率、被測設備4輸出的檢測信號的變化速率、多通道采集系統(tǒng)所需要采集的檢測信號的通道數(shù)量以及信號采集電路5的采樣速率等多方面因素綜合決定。

需要說明的是，本發(fā)明實施例中僅列舉了一種具體實施方案，但是在實際應用中，不同型號的移位寄存器2進行移位輸出的驅(qū)動方式不同，例如某些型號的移位寄存器2需要時鐘信號上升沿驅(qū)動，而某些型號的移位寄存器2則需要時鐘信號下降沿驅(qū)動；且導通不同型號的信號開關3的開關控制信號的狀態(tài)也不同，例如某些型號的信號開關3需要高電平的開關控制信號導通，而某些型號的信號開關3則需要低電平的開關控制信號導通。而不論移位寄存器2進行移位輸出的驅(qū)動方式如何變化，或是導通信號開關3的開關控制信號的狀態(tài)如何變化，本發(fā)明所提供的多通道信號采集系統(tǒng)以及多通道信號采集方法依舊適用，只需根據(jù)實際情況相應地改變主控制器1輸出的時鐘信號和初始信號的狀態(tài)即可。

以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。