本發(fā)明涉及樓宇自動化控制領域，具體是一種高精度浮點數(shù)據(jù)集中采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在樓宇智能控制及自動控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是控制系統(tǒng)前端，和控制效果好壞的反饋，采集系統(tǒng)的采樣精度完全決定了控制器的控制效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了高精度浮點數(shù)據(jù)集中采集系統(tǒng)，廣泛應用與傳感器前端采集系統(tǒng)，可應用與智能樓宇控制、工業(yè)自動化、中央空調(diào)控制、鍋爐系統(tǒng)控制等自動控制系統(tǒng)，具備良好的實時性對系統(tǒng)采集，可應用于現(xiàn)場多路傳感器信號采集，該系統(tǒng)將現(xiàn)場模擬信號進行高精度處理后，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，通過通信總線傳送給其他系統(tǒng)，并可現(xiàn)場擴展顯示單元，進行現(xiàn)場采集。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：高精度浮點數(shù)據(jù)集中采集系統(tǒng)，包括單片機、電源電路，通信電路、鎖存器、AD轉(zhuǎn)換電路、比較電路、編碼電路，其特征在于，還包括采樣保持電路、浮動放大器電路、信號絕對值電路、二階采樣保持電路，所述單片機采用STM8S208芯片，采樣保持電路輸入端接輸入信號，采樣保持電路輸出端分別接信號絕對值電路輸入端、浮動放大器電路輸入端，信號絕對值電路輸出端依次通過比較電路、編碼電路、鎖存器連接到單片機，浮動放大器電路輸出端接二階采樣保持電路輸入端，二階采樣保持電路和采樣保持電路結(jié)構(gòu)一致，二階采樣保持電路輸出端通過AD轉(zhuǎn)換電路連接單片機，單片機通過通信電路輸出信號，所述的電源電路提供12V、9V、5V、-9V供電電壓。

進一步的，所述的電源電路包括12V供電電路、9V供電電路、5V供電電路和-9V負壓產(chǎn)生電路，

所述的12V供電電路包括二極管DD1，二極管DD1正極連接24V直流電壓，二極管DD1負極通過保險F1接穩(wěn)壓芯片U18第一引腳，穩(wěn)壓芯片U18第一引腳接極性電容C11正極，極性電容C11負極接地，穩(wěn)壓芯片U18第二引腳接地，穩(wěn)壓芯片U18第三引腳輸出12V直流電壓；

所述的5V供電電路包括穩(wěn)壓芯片U19，穩(wěn)壓芯片U19第一引腳分別接極性電容C12正極、12V直流電壓，極性電容C12負極接地，穩(wěn)壓芯片U19第二引腳接地，穩(wěn)壓芯片U19第三引腳接極性電容C9正極，極性電容C9負極接地，穩(wěn)壓芯片U19第三引腳輸出5V直流電壓；

所述的9V供電電路包括穩(wěn)壓芯片U22，穩(wěn)壓芯片U22第一引腳分別接12V直流電壓，穩(wěn)壓芯片U22第二引腳接地，穩(wěn)壓芯片U22第三引腳分別接極性電容C13正極、電容C10一端，極性電容C13負極接地，電容C10另一端接地，穩(wěn)壓芯片U22第三引腳輸出9V直流電壓；

所述的-9V負壓產(chǎn)生電路包括芯片U23，芯片U23的第四引腳和第八引腳均接9V直流電壓，芯片U23的第七引腳分別接電阻R54一端、二極管D12正極、電阻R57一端，電阻R54另一端接9V直流電壓，二極管D12負極分別接芯片U23第六引腳、芯片U23第二引腳、電阻R57另一端、電容C23一端，電容C23另一端接地，芯片U23第一引腳接地，芯片U23第五引腳通過電容C25接地，芯片U23第三引腳接電容C20一端，電容C20另一端分別接二極管D13正極、二極管D11負極，二極管D13負極接地，二極管D11正極分別接電容C21一端、電阻R56一端，電容C21另一端接地，電阻R56另一端分別接-9V直流電壓輸出端、電容C22一端，電容C22另一端接地。

進一步的，采樣保持電路包括鉗位電路、采樣電路和跟隨電路，鉗位電路包括二極管D1和二極管D3，二極管D1負極接5V直流電壓，二極管D1正極分別接信號輸入端、二極管D3負極，二極管D3正極接地；

采樣電路包括放大保持器U1，放大保持器U1第十引腳分別接電容C4一端、電阻R11一端，電容C4另一端接地，電阻R11另一端分別接電阻R14一端、信號輸入端，電阻R14另一端接地，放大保持器U1第十一引腳分別接電阻R22一端、電阻R18一端，電阻R22另一端接地，電阻R18另一端分別接穩(wěn)壓二極管D5負極、放大保持器U1第二引腳、跟隨電路輸入端，穩(wěn)壓二極管D5正極接地，放大保持器U1第七引腳通過電阻R9接MCU_A5信號端，放大保持器U1第四引腳分別接極性電容C3正極、電阻R12一端，極性電容C3負極接地，電阻R12另一端接放大保持器U1第三引腳，放大保持器U1第十二引腳接地；

跟隨電路包括放大器U2，放大器U2第五引腳通過電阻R19接采樣電路輸出端，放大器U2第六引腳分別接電阻R13一端、電容C2一端，電阻R13另一端、電容C2另一端均連接放大器U2第七引腳，放大器U2第七引腳為信號輸出端。

進一步的，浮動放大器電路包括衰減電路、控制芯片U4、一級放大電路、二級放大電路，衰減電路包括電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8，電阻R2一端分別接信號輸入端IN、控制芯片U4第十三引腳，電阻R2另一端分別接電阻R3一端、控制芯片U4第十四引腳，電阻R3另一端分別接電阻R4一端、控制芯片U4第十五引腳，電阻R4另一端分別接電阻R5一端、控制芯片U4第十二引腳，電阻R5另一端分別接電阻R1一端、控制芯片U4第一引腳，電阻R1另一端分別接電阻R6一端、控制芯片U4第五引腳，電阻R6另一端分別接電阻R7一端、控制芯片U4第二引腳，電阻R7另一端分別接電阻R8一端、控制芯片U4第四引腳，電阻R8另一端接地；

一級放大電路包括放大器AR1，放大器AR1的第三引腳通過電阻R33接主控芯片U4第三引腳，放大器AR1第二引腳通過電阻R29接地，放大器AR1第二引腳通過電阻R24接放大器AR1第六引腳，放大器AR1第六引腳接二級放大電路輸入端，放大器AR1第一引腳和第八引腳之間設置滑動變阻器R39，滑動變阻器R39的滑動端連接12V直流電壓；

二級放大電路包括放大器AR2，放大器AR2的第三引腳通過電阻R31接一級放大電路輸出端，放大器AR2第二引腳通過電阻R28接地，放大器AR2第二引腳通過電阻R25接放大器AR2第六引腳，放大器AR2第六引腳接輸出端OUT，放大器AR2第一引腳和第八引腳之間設置滑動變阻器R37，滑動變阻器R37的滑動端連接12V直流電壓。

進一步的，所述的信號絕對值電路包括精密檢波電路和加法電路，精密檢波電路包括電阻R17、電阻R21、放大器U2、電阻R10、二極管D2、二極管D4，放大器U2的第三引腳分別接電阻R17一端、二極管D2負極、電阻R10一端、濾波電容C1一端，電阻R17另一端接信號輸入端IN，電阻R21另一端接地，二極管D2正極接放大器U2第一引腳，電阻R10另一端接二極管D4正極，濾波電容C1另一端接地，放大器U2第一引腳接二極管D4負極，放大器U2第十一引腳接-9V直流電壓，放大器U2第四引腳接9V直流電壓，二極管D4正極接加法電路輸入端；

加法電路包括放大器U2、電阻R20、電阻R23、電阻R15、電阻R16，電阻R20一端接精密檢波電路輸出端，電阻R20另一端接放大器U2第九引腳，電阻R15一端接信號輸入端IN，電阻R15另一端接放大器U2第九引腳，電阻R23一端接放大器U2第十引腳，電阻R23另一端接地，放大器U2第九引腳通過電阻R16接放大器U2第八引腳，放大器U2第九引腳接輸出端OUT1，放大器U2第八引腳接輸出端OUT2。

本發(fā)明的有益效果是：

1、采用浮動放大器，可根據(jù)每次采樣點值動態(tài)調(diào)整放大倍數(shù)，放大倍數(shù)是浮動變化，可適應多種信號。

2、采用流水線結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)系統(tǒng)處理速度，適用于快速采樣，和多回路采樣。

3、采用二階采樣保持電路。，浮動放大器和AD轉(zhuǎn)換模塊了并行工作。減小系統(tǒng)的級間干擾，也提高了反應速度。AD模塊處理時，浮動放大器可采集下一時刻數(shù)據(jù)。穩(wěn)定后AD在進行采集。

4、浮動放大器的編碼(放大倍數(shù))采用硬件并行編碼，放大倍數(shù)確定速度達到NS級別。提高對變化信號的動態(tài)調(diào)整。

5、不同處理環(huán)節(jié)引入濾波電路，對采集信號進行濾波，減少了信號變化干擾。

6、采用微處理器和硬件結(jié)合方式。實現(xiàn)硬件反應速度塊和軟件算法動態(tài)調(diào)整相結(jié)合，提高了系統(tǒng)的應用靈活性。

7、內(nèi)置負電壓產(chǎn)生電路，不用輸入負電壓，支持單一電路供電，減少對現(xiàn)場電源要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)原理框圖；

圖2是本發(fā)明電源電路原理圖；

圖3是本發(fā)明采樣保持電路原理圖；

圖4是本發(fā)明浮動放大器電路原理圖；

圖5是本發(fā)明信號絕對值電路原理圖。

具體實施方式

如圖1所示的高精度浮點數(shù)據(jù)集中采集系統(tǒng)，包括單片機、電源電路，通信電路、鎖存器、AD轉(zhuǎn)換電路、比較電路、編碼電路、采樣保持電路、浮動放大器電路、信號絕對值電路、二階采樣保持電路，所述單片機采用STM8S208芯片，采樣保持電路輸入端接輸入信號，采樣保持電路輸出端分別接信號絕對值電路輸入端、浮動放大器電路輸入端，信號絕對值電路輸出端依次通過比較電路、編碼電路、鎖存器連接到單片機，浮動放大器電路輸出端接二階采樣保持電路輸入端，二階采樣保持電路和采樣保持電路結(jié)構(gòu)一致，二階采樣保持電路輸出端通過AD轉(zhuǎn)換電路連接單片機，單片機通過通信電路輸出信號，所述的電源電路提供12V、9V、5V、-9V供電電壓。

整個系統(tǒng)的工作原理為：首先信號通過采樣保持電路，采樣保持電路受單片機控制電路控制，對采樣信號進行一階保持，信號保持穩(wěn)定后進入浮動放大電路和信號絕對值電路，絕對值電路進入比較電路和編碼電路對信號進行分析，得到結(jié)果后給單片機和浮動放大器。浮動放大器根據(jù)放大倍數(shù)進行放大。放大后進入二階保持電路，通過AD轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)對模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，單片機電路采集到轉(zhuǎn)換結(jié)果，通過通信總線傳輸至其他系統(tǒng)，整個電路都在單片機電路的協(xié)調(diào)下工作。

如圖2所示的電源電路，包括12V供電電路、9V供電電路、5V供電電路和-9V負壓產(chǎn)生電路，12V供電電路輸入端連接24V電壓，12V供電電路輸出端分別連接9V供電電路輸入端、5V供電電路輸入端，9V供電電路輸出端連接-9V負壓產(chǎn)生電路輸入端，-9V負壓產(chǎn)生電路輸出端輸出-9V直流電壓，5V供電電路輸出端輸出5V直流電壓。

12V供電電路包括二極管DD1，二極管DD1正極連接24V直流電壓，二極管DD1負極通過保險F1接穩(wěn)壓芯片U18第一引腳，穩(wěn)壓芯片U18第一引腳接極性電容C11正極，極性電容C11負極接地，穩(wěn)壓芯片U18第二引腳接地，穩(wěn)壓芯片U18第三引腳輸出12V直流電壓。其中，所述二極管DD1的型號為MMSZ5235BT1G，所述的穩(wěn)壓芯片U18為7812芯片。

5V供電電路包括穩(wěn)壓芯片U19，穩(wěn)壓芯片U19第一引腳分別接極性電容C12正極、12V直流電壓，極性電容C12負極接地，穩(wěn)壓芯片U19第二引腳接地，穩(wěn)壓芯片U19第三引腳接極性電容C9正極，極性電容C9負極接地，穩(wěn)壓芯片U19第三引腳輸出5V直流電壓。其中，所述的穩(wěn)壓芯片U19為7805芯片。

9V供電電路包括穩(wěn)壓芯片U22，穩(wěn)壓芯片U22第一引腳分別接12V直流電壓，穩(wěn)壓芯片U22第二引腳接地，穩(wěn)壓芯片U22第三引腳分別接極性電容C13正極、電容C10一端，極性電容C13負極接地，電容C10另一端接地，穩(wěn)壓芯片U22第三引腳輸出9V直流電壓。其中，所述的穩(wěn)壓芯片U22為7809芯片。

-9V負壓產(chǎn)生電路包括芯片U23，芯片U23的第四引腳和第八引腳均接9V直流電壓，芯片U23的第七引腳分別接電阻R54一端、二極管D12正極、電阻R57一端，電阻R54另一端接9V直流電壓，二極管D12負極分別接芯片U23第六引腳、芯片U23第二引腳、電阻R57另一端、電容C23一端，電容C23另一端接地，芯片U23第一引腳接地，芯片U23第五引腳通過電容C25接地，芯片U23第三引腳接電容C20一端，電容C20另一端分別接二極管D13正極、二極管D11負極，二極管D13負極接地，二極管D11正極分別接電容C21一端、電阻R56一端，電容C21另一端接地，電阻R56另一端分別接-9V直流電壓輸出端、電容C22一端，電容C22另一端接地。其中，，芯片U23選用NE555芯片。

整個電源電路的工作原理為：

電源通過二極管DD1防止反接，F(xiàn)1為自恢復保險進行保護，連接電解電容C11并通過7812把電源電壓穩(wěn)定在12V，通過C12電容進行濾波，再次消弱電源雜波干擾，濾波后連接7805穩(wěn)壓芯片，輸出5V電壓為控制系統(tǒng)供電。

產(chǎn)生的12V電壓連接U22穩(wěn)壓模塊，外接電解電容C13和無極性電容C10對穩(wěn)定的9V進行供電，輸出9V電壓為模擬電路供電。

NE555構(gòu)成的負壓產(chǎn)生電路R54、R57、C23構(gòu)成多協(xié)震蕩器，產(chǎn)生占空比為50％和6.667k HZ的方波；D11、D13、C20為反向震蕩儲能電路；C21，R56、C22為濾波電路；最終產(chǎn)生-9V電壓為系統(tǒng)使用。

如圖3所示，采樣保持電路包括鉗位電路、采樣電路和跟隨電路，所述鉗位電路設置在信號輸入端和采樣電路之間，信號輸入端連接信號采集設備，所述的采樣電路采用放大保持器作為主控芯片，采樣電路的控制端口連接MCU_A5信號端，采樣電路的輸出端連接跟隨電路輸入端，跟隨電路輸出端為信號輸出端，信號輸出端連接信號處理電路。

鉗位電路包括二極管D1和二極管D3，二極管D1負極接5V直流電壓，二極管D1正極分別接信號輸入端、二極管D3負極，二極管D3正極接地。

采樣電路包括放大保持器U1，放大保持器U1第十引腳分別接電容C4一端、電阻R11一端，電容C4另一端接地，電阻R11另一端分別接電阻R14一端、信號輸入端，電阻R14另一端接地，放大保持器U1第十一引腳分別接電阻R22一端、電阻R18一端，電阻R22另一端接地，電阻R18另一端分別接穩(wěn)壓二極管D5負極、放大保持器U1第二引腳、跟隨電路輸入端，穩(wěn)壓二極管D5正極接地，放大保持器U1第七引腳通過電阻R9接MCU_A5信號端，放大保持器U1第四引腳分別接極性電容C3正極、電阻R12一端，極性電容C3負極接地，電阻R12另一端接放大保持器U1第三引腳，放大保持器U1第十二引腳接地。其中，放大保持器U1采用的型號為OPA615。

跟隨電路包括放大器U2，放大器U2第五引腳通過電阻R19接采樣電路輸出端，放大器U2第六引腳分別接電阻R13一端、電容C2一端，電阻R13另一端、電容C2另一端均連接放大器U2第七引腳，放大器U2第七引腳為信號輸出端。其中，所述放大器U2得型號為LM224。

整個采樣保持電路的工作原理為：

首先信號通過D1、D3構(gòu)成的鉗位電路，把信號范圍限制在0-5V之間。通過R14的負載電阻，吸收輸入信號的的干擾，R11為輸入電阻，用以保護OPA615，OPA615為放大保持器，可以受MCU_A5信號的控制，信號為高時，OPA615工作為C3充電，C3為鉭電容，保持信號的完整性，C4為輸入濾波電容，濾出輸入信號的干擾，R22和R18為保持器的匹配電阻，R12為限流電阻，當MCU_A5信號為高時進行保持，首先信號通過U1A流入C3進行保持，通過U1B進行輸出，信號為低時U1A停止工作，利用C3內(nèi)的保持電屏進行輸出，D5為穩(wěn)壓信號，保護輸出信號在0-5V，保護后級電路。R19、U2B、C2、R13為帶濾波功能的跟隨電路，濾出保持輸入的雜波，同時利用高阻抗的輸入，保持輸入信號。

如圖4所示，浮動放大器電路包括衰減電路、控制芯片U4、一級放大電路、二級放大電路，所述的控制芯片U4為AD7501，衰減電路輸入端接收信號，衰減電路輸出端連接控制芯片U4的X0-X7八個引腳，控制芯片U4的A、B、C三個控制引腳連接編碼電路，控制芯片U4的輸出端連接一級放大電路輸入端，一級放大電路輸出端接二級放大電路輸入端，二級放大電路輸出端輸出信號。

衰減電路包括電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8，電阻R2一端分別接信號輸入端IN、控制芯片U4第十三引腳，電阻R2另一端分別接電阻R3一端、控制芯片U4第十四引腳，電阻R3另一端分別接電阻R4一端、控制芯片U4第十五引腳，電阻R4另一端分別接電阻R5一端、控制芯片U4第十二引腳，電阻R5另一端分別接電阻R1一端、控制芯片U4第一引腳，電阻R1另一端分別接電阻R6一端、控制芯片U4第五引腳，電阻R6另一端分別接電阻R7一端、控制芯片U4第二引腳，電阻R7另一端分別接電阻R8一端、控制芯片U4第四引腳，電阻R8另一端接地。

一級放大電路包括放大器AR1，放大器AR1的第三引腳通過電阻R33接主控芯片U4第三引腳，放大器AR1第二引腳通過電阻R29接地，放大器AR1第二引腳通過電阻R24接放大器AR1第六引腳，放大器AR1第六引腳接二級放大電路輸入端，放大器AR1第一引腳和第八引腳之間設置滑動變阻器R39，滑動變阻器R39的滑動端連接12V直流電壓。其中，放大器AR1采用運放OP07。

二級放大電路包括放大器AR2，放大器AR2的第三引腳通過電阻R31接放大器AR1第六引腳，放大器AR2第二引腳通過電阻R28接地，放大器AR2第二引腳通過電阻R25接放大器AR2第六引腳，放大器AR2第六引腳接輸出端OUT，放大器AR2第一引腳和第八引腳之間設置滑動變阻器R37，滑動變阻器R37的滑動端連接12V直流電壓。其中，放大器AR2采用運放OP07。

整個浮動放大器電路的工作原理為：

該電路采用了輸入衰減增益，固定放大倍數(shù)的浮動放大器設計。該電路受比較編碼電路控制。

首先信號通過多路數(shù)字模擬混合芯片，有效的隔離了A、B、C管腳的控制信號對模擬信號的干擾。合理的設計了衰減比例。R1-R8構(gòu)建的衰減比例依次為1、2、4、8、16、32、64、128，在A、B、C三個管腳的控制下，調(diào)整衰減比例。通過X進行輸出，輸出后連接有2片運算放大器構(gòu)成的二階偏置可調(diào)的放大器，第一級的放大倍數(shù)為16倍，第二級放大倍數(shù)為8倍，最終實現(xiàn)128倍的放大。采用二級放大，可有效的降低對運放的要求，也提高了系統(tǒng)對小信號的敏感度。

如圖5所示，信號絕對值電路包括精密檢波電路和加法電路，精密檢波電路的輸入端接收輸入信號，精密檢波電路的輸出端連接加法電路的輸入端，精密檢波電路通過濾波電容C1接地；加法電路輸出端還連接信號輸入端，加法電路包括輸出端OUT1和輸出端OU2。

精密檢波電路包括電阻R17、電阻R21、放大器U2、電阻R10、二極管D2、二極管D4，放大器U2的第三引腳分別接電阻R17一端、二極管D2負極、電阻R10一端、濾波電容C1一端，電阻R17另一端接信號輸入端IN，電阻R21另一端接地，二極管D2正極接放大器U2第一引腳，電阻R10另一端接二極管D4正極，濾波電容C1另一端接地，放大器U2第一引腳接二極管D4負極，放大器U2第十一引腳接-9V直流電壓，放大器U2第四引腳接9V直流電壓，二極管D4正極接加法電路輸入端。其中，二極管D2和二極管D4均采用1N4148二極管，放大器U2的型號為LM224。

加法電路包括放大器U2、電阻R20、電阻R23、電阻R15、電阻R16，電阻R20一端接精密檢波電路輸出端，電阻R20另一端接放大器U2第九引腳，電阻R15一端接信號輸入端IN，電阻R15另一端接放大器U2第九引腳，電阻R23一端接放大器U2第十引腳，電阻R23另一端接地，放大器U2第九引腳通過電阻R16接放大器U2第八引腳，放大器U2第九引腳接輸出端OUT1，放大器U2第八引腳接輸出端OUT2。所述放大器U2的型號為LM224。

整個絕對值電路的工作原理為：

該電路主要作用是對輸入信號進行取絕對值,取到絕對值后，OUT輸出端連接比較編碼電路，OUT1輸出端把信號連接到浮動放大器中進行放大。

U2A、R17、R21、D2、D4、R10構(gòu)成的精密檢波信號，結(jié)合濾波電容C1，實現(xiàn)的功能為：當信號為正時，精密檢波電路輸出為同等賦值的負壓信號。當信號為負值時，檢波器的輸出為0.

R20、R23、R15、R16、U2C構(gòu)成的兩路輸入的反向輸入加法電路，整體電路起到了無論信號為真還是負都輸出同等的正信號。具體原理為：當信號為正V，前端的檢波器的輸出為-V，該路的放大倍數(shù)為-2，加法器的另一路輸入為信號為V，放大倍數(shù)為-1，這樣加法器的輸出為(-V*-2+V*-1)＝V,當信號為負時檢波器前段輸出的信號為0，另一路輸如信號為-V，放大倍數(shù)同上，最終輸出V。

應當指出，以上所述具體實施方式可以使本領域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管說明書及附圖和實施例對本發(fā)明創(chuàng)造已進行了詳細的說明，但是，本領域技術(shù)人員應當理解，仍然可以對本發(fā)明創(chuàng)造進行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護范圍當中。