1.一種自適應數據采集系統(tǒng),其特征是:包括電源電路、CPU電路、校準電路、粗調放大電路、濾波電路、細調放大電路、AD轉換電路、預測電路和通信電路,所述電源電路為系統(tǒng)供電,采集的數據信號依次經過校準電路、粗調放大電路、濾波電路、細調放大電路和AD轉換電路,AD轉換電路與CPU電路用SPI總線連接,所述細調放大電路同時將信號傳給預測電路,預測電路連接CPU電路,CPU電路分別連接校準電路、粗調放大電路、細調放大電路和預測電路對信號進行反饋,控制校準電路、粗調放大電路、細調放大電路和預測電路相應支路的選通,重復調節(jié),CPU電路將最終采集結果發(fā)送給通信電路。
2.根據權利要求1所述的一種自適應數據采集系統(tǒng),其特征是:所述電源電路提供+5V、-5V、+3.3V、+5V四路電壓,所述校準電路包括電子開關,電子開關的通斷受CPU電路控制,所述粗調放大電路包括對輸入信號實現(xiàn)1、4、16、64、256倍的放大的四級獨立放大電路,所述濾波電路包括無源二階濾波電路和有源壓控帶通濾波電路,所述細調放大電路包括衰減倍數為1、2、4、8、16的電阻網絡衰減電路,用以對信號進行細調,所述預測電路包括可電控變換運放電路、比較電路和門電路,所述AD轉換電路采用16位高精度4通道AD芯片U20,U20的型號為AD7175,所述CPU電路采用單片機U4,型號為STM32,所述通信電路包括收發(fā)器U6,型號為SP485。
3.根據權利要求2所述的一種自適應數據采集系統(tǒng),其特征是:所述電源電路包括第一電壓產生電路、第二電壓產生電路、第三電壓產生電路和第四電壓產生電路;
所述第一電壓產生電路包括第一濾波電路、耗能元件R2和穩(wěn)壓芯片U1,所述第一濾波電路包括濾波電容C3~C11、濾波電感L3和第一二階LC濾波電路,第一二階LC濾波電路包括電感線圈L1和L2、電容C1和C2,所述電容C9的一端接地,另一端分別連接電源、電阻R2、電感線圈L1,電感線圈L1的另一端分別連接電容C1和電感線圈L2,電感線圈L2的另一端連接電容C2、電容C10、電容C3和穩(wěn)壓芯片U1的IN管腳,電阻R2、電容C1、電容C2、電容C10、電容C3的另一端以及穩(wěn)壓芯片U1的GND管腳均接地,穩(wěn)壓芯片U1的OUT管腳分別連接電容C4和電感線圈L3,電感線圈L3的另一端分別連接電容C5~C8、電容C11的一端,電容C4~C8、電容C11的另一端均接地,所述電容C11的一端輸出+5V控制電壓;
所述第二電壓產生電路包括穩(wěn)壓芯片U2、第二濾波電路和指示電路,所述第二濾波電路包括濾波電容C12~C14,所述指示電路包括耗能電阻R1和發(fā)光二極管D1,所述電感線圈L3的另一端還連接所述穩(wěn)壓芯片U2的Vin管腳,穩(wěn)壓芯片的GND管腳接地,Vout管腳分別連接電容C12~C14和電阻R1的一端,電容C12~C14的另一端均接地,電阻R1的另一端通過發(fā)光二極管D1接地,所述電容C14的一端輸出3.3V控制電壓;
所述第三電壓產生電路包括電壓可調的功率放大電路和第三濾波電路,所述第三濾波電路包括濾波電容C17~C20,所述電壓可調的功率放大電路包括穩(wěn)壓芯片U5和電阻R7、R9,還包括肖特基二極管D5,所述肖特基二極管的一端連接8V輸入電壓,另一端分別連接電容C17、C18的一端以及穩(wěn)壓芯片U5的IN管腳,電容C17、C18的另一端均接地,穩(wěn)壓芯片U5的OUT管腳分別連接電容C19、C20、電阻R7的一端,ADJ管腳分別連接電阻R7的另一端、電阻R9的一端,電阻R9、電容C19、C20的另一端接地,所述電容C20的一端輸出+5V控制電壓;
所述第四電壓產生電路包括負壓產生電路、第四濾波電路、消諧電感L4、儲能電感L8、二極管D7和放大擴流電路,所述負壓產生電路包括負壓產生芯片U8,電阻R14、R15和R12、電容C36,所述第四濾波電路包括濾波電容C22~C24和第二二階LC濾波電路,第二二階LC濾波電路包括電容C27、C28和電感線圈L5、L6,所述擴流放大電路包括第五濾波電路、穩(wěn)壓芯片U7和電阻R16、R17;所述第五濾波電路包括濾波電容C29~C35、電感線圈L7;所述芯片U8的第5管腳分別連接電阻R14、R15的一端,電阻R14、R15的另一端接地,負壓產生芯片U8的第4管腳接地,第6管腳分別連接電阻R12、電容C22~C24、消諧電感L4的一端,電阻R12的另一端分別連接負壓產生芯片U8的第1、7和8管腳,電容C22~C24的另一端接地,消諧電感L4的另一端接8V輸入電源,負壓產生芯片U8的第2管腳分別連接二極管D7和儲能電感L8的一端,二極管D7和儲能電感L8的另一端均接地,負壓產生芯片U8的第3管腳通過電容C36接地,所述二極管D7的另一端還分別連接電感線圈L5和電容C27的一端,電感線圈L5的另一端分別連接電感線圈L6和電容C28的一端,電感線圈L6的另一端分別連接電容C29、C30、C34的一端和穩(wěn)壓芯片U7的IN管腳,電容C27~C30、C34的另一端均接地,穩(wěn)壓芯片U7的ADJ管腳分別連接電阻R16和R17的一端,OUT管腳分別連接電阻R16的另一端、電感線圈L7和電容C31的一端,電感線圈L7的另一端分別連接電容C32、C33和C35,電阻R17、電容C31~C33、C35的另一端均接地,所述電容C35的一端輸出-5V的控制電壓。
4.根據權利要求2所述的一種自適應數據采集系統(tǒng),其特征是:所述校準電路包括三個電子開關U11A、U12C和U12D,還包括自恢復保險絲RP3和濾波電容C41,自恢復保險絲RP3的一端連接輸入信號,另一端連接電子開關U11A的2管腳,電子開關U11A的1管腳分別連接電子開關U12C的4管腳、電子開關U12D的8管腳、電容C41的一端,電子開關U11A的13管腳、電子開關U12C的5管腳、電子開關U12D的6管腳分別連接單片機U4的34~36管腳,電子開關U12C的3管腳接地,U12D的6管腳接基準電壓,電容C41的另一端接地。
5.根據權利要求2所述的一種自適應數據采集系統(tǒng),其特征是:所述粗調放大電路包括第一控制芯片U15,受第一控制芯片控制的五個電子開關U11B、U11C、U11D、U12A和U12B,還包括四個級聯(lián)的放大電路,每個放大電路包括放大倍數為4的放大單元和級間濾波電容,所述放大單元包括放大器、電源濾波電容和阻抗匹配電阻,所述級間濾波電容包括電容C41~C46,所述放大器包括U9A、U9B、U10A和U10B,所述電源濾波電容包括電容C37~C40,所述阻抗匹配電阻包括電阻R18~R29,所述第一控制芯片U15的15管腳連接電子開關U11B的12管腳,1管腳連接電子開關U11C的5管腳,2號管腳連接電子開關U11C的6管腳,3管腳連接電子開關U12A的13管腳,4管腳連接電子開關U12B的12管腳,13管腳接地,10管腳接+5V電源,11、12和14管腳分別連接單片機U4的40、51和39管腳;
電容C41的一端分別連接電子開關U12D的8管腳、電阻R26的一端,另一端接地,電阻R26的另一端分別連接電子開關U11B的10管腳和放大器U9A的3管腳,U9A的2管腳分別連接電阻R18和R22的一端,電阻R22的另一端接地,放大器U9A的1管腳分別連接電阻R18的另一端,電容C42、電阻R27的一端和電子開關U11C的3管腳,電容C42的另一端接地,U9A的4管腳接-5V電壓,8管腳接+5V電壓,電容C37的兩端分別接U9A的8管腳和地;
電阻R27的另一端連接放大器U9B的5管腳,U9B的6管腳分別連接電阻R19和R23的一端,電阻R23的另一端接地,放大器U9B的7管腳分別連接電阻R19的另一端,電容C43、C44,電阻R28的一端,電容C43、C44的另一端接地,U9B的4管腳接-5V電壓,8管腳接+5V電壓,電容C38的兩端分別接U9B的8管腳和地;
電阻R28的另一端分別連接電子開關U11D的9管腳和放大器U10A的3管腳,U10A的2管腳分別連接電阻R20和R24的一端,電阻R24的另一端接地,放大器U10A的1管腳分別連接電阻R20的另一端,電容C45、電阻R29的一端和電子開關U12A的2管腳,電容C45的另一端接地,U10A的4管腳接-5V電壓,8管腳接+5V電壓,電容C39的兩端分別接U10A的8管腳和地;
電阻R29的另一端連接放大器U10B的5管腳,U10B的6管腳分別連接電阻R21和R25的一端,電阻R25的另一端接地,放大器U10B的7管腳分別連接電阻R21的另一端、電容C46的一端和電子開關U12B的10管腳,電容C46的另一端接地,U10B的4管腳接-5V電壓,8管腳接+5V電壓,電容C40的兩端分別接U10B的8管腳和地。
6.根據權利要求2所述的一種自適應數據采集系統(tǒng),其特征是:所述無源二階濾波電路包括無源RC濾波電路和交流隔離濾波電路,無源RC濾波電路包括電阻R60和電容C53,交流隔離濾波電路包括電容C50和電阻R61,所述有源壓控帶通濾波電路包括帶通頻率頻帶選擇網絡和濾波信號放大電路,所述帶通頻率頻帶選擇網絡包括電阻R55、R63和電容C52、C54,所述濾波信號放大電路包括放大器U19A、電阻R54、電阻R57、輸入濾波電容C55、輸出濾波電容C52和電源濾波電容C49,所述濾波電路還包括電壓跟隨器*2D;
所述電阻R60的一端分別連接電子開關U11B的11管腳、電子開關U11C的4管腳、U11D的8管腳、U12A的1管腳和U12B的11管腳,另一端分別連接電容C53和C50的一端,電容C53的另一端接地,電容C50的另一端連接電阻R61一端,電阻R61的另一端分別連接電容C54、C51和電阻R55的一端,電容R51的另一端分別連接電阻R63、電容C55的一端和放大器U19A的3管腳,電容C54、C55和電阻R63的另一端均接地,放大器U19A的2管腳分別連接電阻R57和R53的一端,R57的另一端接地,放大器U19A的管腳分別連接電阻R55、R53的另一端,電容C52的一端和電壓跟隨器*2D的13管腳,電容C52的另一端接地,放大器U19A的4管腳接-5V電壓,8管腳接+5V電壓,電容C49的兩端分別接U19A的8管腳和地,電壓跟隨器*2D的12和14管腳連接并輸出信號。
7.根據權利要求2所述的一種自適應數據采集系統(tǒng),其特征是:所述細調放大電路包括信號衰減電路,電子開關U16B、U16D、U18A、U18B和U18C,信號放大單元,控制芯片U17,電阻R41、R49、電容C47、C48組成的濾波電路,所述信號衰減電路包括電阻R45、R51、R58、R64和R65,信號放大單元包括放大器*1C和電阻R37、R38;
電阻R45的一端分別連接電壓跟隨器*2D的12、14管腳和電子開關U16B的10管腳,電阻R45的另一端分別連接電阻R51的一端、電子開關U16D的9管腳,電阻R51的另一端分別連接電阻R58的一端和電子開關U18A的2管腳,電阻R58的另一端分別連接電阻R564的一端和電子開關U18B的10管腳,電阻R64的另一端分別連接電阻R65的一端和電子開關U18C的3管腳,電阻R65的另一端接地;電子開關U16B11管腳通過電阻R44、電子開關U16D的8管腳、電子開關U18A的1管腳、電子開關U18B的11管腳、電子開關U18C的4管腳通過電阻R66均連接放大器*1C的10管腳,放大器*1C的9管腳分別連接電阻R37、R38的一端,電阻R37的另一端接地,放大器*1C的8管腳分別連接電阻R38的另一端和R41的一端,電阻R41的另一端分別連接電容C47的一端和所述預測電路和電阻R49的一端,電阻R49的另一端分別連接所述AD轉換電路和電容C48的一端,電容C48的另一端接地;控制芯片U17的1~4、15管腳分別對應連接電子開關U18B的12管腳、電子開關U18A的13管腳、電子開關U16D的6管腳、電子開關U16B的12管腳和電子開關U18C的5管腳,控制芯片U17的13管腳接地,10管腳接5V電壓,11、12、14管腳分別連接單片機U4的2、53和3管腳。
8.根據權利要求2所述的一種自適應數據采集系統(tǒng),其特征是:所述預測電路的可變換運放電路包括電子開關U16A、U16C和放大器*1D、*2A,所述比較電路包括放大器*1A、*1B、*2B和*2C,所述預測電路還包括電阻網絡R30~R36、R39、R40、R42、R43、R47、R48、R50、R52、R54、R56、R59和R62,反相器U13A、U13B和門電路U14A、U14B;
所述電阻R32的一端連接所述細調放大電路,電阻R32的另一端分別連接電阻R31、R39、R50和R56的一端以及放大器*2A的1管腳,電阻R36的一端連接所述信號細調放大電路,另一端連接電子開關U16A的2管腳,電子開關U16A的1管腳分別連接電阻R23、R35、R48和R54的一端,放大器*1D的14管腳和電子開關U16C的3管腳,放大器*1D的13管腳連接電阻R42的一端,12管腳通過電阻R46接地,電阻R42的另一端連接細調放大電路,電子開關U16C的4管腳連接放大器*2A的2管腳,放大器*2A的1、3管腳均分別連接電阻R31、R39、R50和R56的一端,電阻R34、R52的一端均連接+5V電壓,電阻R40、R59的一端均連接-5V電壓,放大器*1A的3管腳分別連接電阻R31、R33和R34的另一端和電阻R30的一端,2管腳與放大器*1B的6管腳連接,放大器*1A的1管腳分別連接電阻R30的另一端和反相器U13A的1管腳,放大器*1B的5管腳分別連接電阻R35、R39和R40的另一端以及電阻R43的一段,電阻R43的另一端分別連接放大器*1B的7管腳和門電路U14A的2管腳,門電路U14A的1管腳連接放大器*1A的2管腳,放大器*2B的5管腳分別連接電阻R48、R50和R52的另一端以及電阻R47的一端,6管腳連接放大器*2C的9管腳,放大器*2B的7管腳分別連接電阻R47的另一端和門電路U14B的4管腳,放大器*2C的10管腳分別連接電阻R54、R56、R59的另一端以及電阻R62的一端,8管腳分別連接電阻R62的另一端和反相器U13B的3管腳,U13B的4管腳連接門電路U14B的5管腳,電子開關U16A的13管腳、U16C的5管腳、門電路U14A的3管腳和門電路U14B的6管腳分別連接單片機U4的9、10、11和24管腳。
9.根據權利要求2所述的一種自適應數據采集系統(tǒng),其特征是:所述AD轉換電路還包括電阻R67、R68和電容C56、C57組成的對輸入信號的濾波電路和對地信號的濾波電路,所述對地信號濾波電路包括電阻R70、R69和電容C60、C62,所述AD轉換電路還包括濾波電容C58、C59、C61、C63~C66;
所述電容C57的一端連接所述細調放大電路,另一端分別連接電阻R67和R68的一端,電阻R67的另一端接地,電阻R68的另一端分別連接電容C56的一端和AD芯片U20的AINO管腳,電容C56的另一端接地,AD芯片U20的AINI管腳分別連接電阻R69和電容C62的一端,電容C62的另一端接地,電阻R69的另一端分別連接電容C60和電阻R70的一端,電阻R70的另一端接2.5V基準電壓,電容C60的另一端接地,AD芯片U20的REFOUT管腳分別連接2.5V基準電壓和電容C65的一端,REF+管腳連接電容C66的一端,REF-管腳接地,電容C65、C66的另一端均接地,AD芯片U20的IOVDD管腳分別連接電容C58、C59、C61的一端和3.3V電壓,GND管腳和電容C58、C59、C61的另一端均接地,ADVV1管腳、AVDD2管腳和VSS管腳均接3.3V電源,REGPD管腳接電容C63的一端,電容C63的另一端接地,REGPA管腳接電容C64的一端,電容C64的另一端接地,AD芯片的SYNC、CS、DIN和DOUT管腳分別連接單片機U4的20~23管腳。
10.根據權利要求2所述的一種自適應數據采集系統(tǒng),其特征是:所述單片機U4的5、6管腳連接晶振電路,60、7管腳連接電阻R11、R13和電感C26組成的濾波電路,1、32、48、64、19和13管腳均接3.3V電壓,28管腳通過電阻R3接地,所述晶振電路包括電阻R8,晶振Y1和電容C21、C25,電容C21的一端接地,另一端分別連接晶振Y1、電阻R8的一端和單片機U4的5管腳,電容C25的一端接地,另一端分別連接晶振Y1、電阻R8的另一端和單片機U4的6管腳,電阻R11的一端連接3.3V電壓,另一端分別連接電阻R13的一端和單片機U4的60管腳,單片機U4的7管腳通過電容C26接地,電阻R13的另一端接地,31、47、63、18和12管腳均接地;
所述通信電路包括信號指示電路、方向控制電路、保護電路和電容C15、C16組成的電源濾波電路,所述指示電路包括門電路IC1A、IC1C,電阻R4、R10和發(fā)光二極管D4、D6,方向控制電路包括門電路IC1B,所述保護電路包括TVS管D2、D3,自恢復保險絲RP1、RP2和電阻R5、R6;所述收發(fā)器U6的5管腳接地,6管腳分別連接電阻R5的一端和自恢復保險絲RP1的一端,自恢復保險絲RP1的另一端分別接TVS管D3的一端和輸出信號A,電阻R6的另一端、TVS管D3的另一端均接地,7管腳分別連接電阻R6的一端和自恢復保險絲RP2的一端,自恢復保險絲RP2的另一端分別接TVS管D2的一端和輸出信號B,電阻R6的另一端、TVS管D2的另一端均接地,收發(fā)器U6的4管腳分別連接門電路IC1A的1管腳、IC1B的3管腳和單片機42管腳,門電路IC1A的2管腳依次連接電阻R4、發(fā)光二極管D4和地,收發(fā)器U6的2、3管腳均連接門電路IC1B的4管腳,1管腳分別連接單片機U4的43管腳和門電路IC1C的5管腳,門電路IC1C的6管腳依次連接電阻R10、發(fā)光二極管D6和地。