一種非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置，包括鋸齒波發(fā)生器、高阻抗信號(hào)采集電路、實(shí)時(shí)比對(duì)電路及隔離輸出電路。高阻抗信號(hào)采集電路輸出的模擬信號(hào)通過實(shí)時(shí)比對(duì)電路與鋸齒波發(fā)生器生成的鋸齒波信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，輸出信號(hào)接入隔離輸出電路，隔離輸出占空比與模擬信號(hào)成一定比例的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。本實(shí)用新型解決了小信號(hào)模擬量采集并遠(yuǎn)距離隔離傳輸?shù)碾y題，能夠?qū)﹄妷?、溫度、濕度、電流等一系列能最終表達(dá)成電壓信號(hào)的模擬量較精確的遠(yuǎn)距離傳輸，且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
【專利說(shuō)明】一種非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及模擬量采集【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)小信號(hào)模擬量采集并遠(yuǎn)距離隔離傳輸?shù)奶幚磉^程如下:一般模擬小信號(hào)的信號(hào)源能量都比較微弱，必須通過比較高輸入阻抗的專用芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，再對(duì)放大的信號(hào)進(jìn)行高精度的AD轉(zhuǎn)換(模數(shù)轉(zhuǎn)換)，然后將AD轉(zhuǎn)換后的信號(hào)輸出給單片機(jī)使用，遠(yuǎn)程傳輸需要通過單片機(jī)和專用通訊芯片共同完成。這種方式所采用的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在一些性價(jià)比高的產(chǎn)品上不宜使用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于通過一種非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置，來(lái)解決以上【背景技術(shù)】部分提到的問題。
[0004]為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置，其包括鋸齒波發(fā)生器、高阻抗信號(hào)采集電路、實(shí)時(shí)比對(duì)電路及隔離輸出電路；
[0006]所述鋸齒波發(fā)生器的輸出端與實(shí)時(shí)比對(duì)電路的輸入端電性連接，用于根據(jù)需要調(diào)整鋸齒波的頻率、上升沿和下降沿，獲得所需波形的鋸齒波信號(hào)，輸出給實(shí)時(shí)比對(duì)電路；
[0007]所述高阻抗信號(hào)采集電路的輸出端與實(shí)時(shí)比對(duì)電路的輸入端電性連接，用于接入模擬信號(hào)，輸出給實(shí)時(shí)比對(duì)電路；
[0008]所述實(shí)時(shí)比對(duì)電路的輸出端與隔離輸出電路的輸入端電性連接，用于對(duì)鋸齒波信號(hào)和模擬信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，輸出信號(hào)接入隔離輸出電路輸入端；隔離輸出電路隔離輸出占空比與模擬信號(hào)成一定比例的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
[0009]特別地，所述鋸齒波發(fā)生器包括精密電阻R1、精密電阻R2、電容Cl、比較器U1A、電容C2、電阻R3、電阻R4、電阻R5及三極管Ql ;其中，精密電阻R2與電容Cl并聯(lián)連接后一端接地，另一端與精密電阻Rl的一端、比較器UlA的反相輸入端連接，精密電阻Rl的另一端連接外接電源，比較器UlA同相輸入端與電容C2 —端連接后的結(jié)點(diǎn)連接電阻R3與三極管Ql集電極連接后的結(jié)點(diǎn)，電容C2的另一端接地，電阻R3的另一端連接外接電源，電阻R4一端與電阻R5 —端連接后的結(jié)點(diǎn)連接三極管Ql基極，電阻R4另一端連接比較器UlA輸出端，電阻R5另一端與三極管Ql發(fā)射極連接后的結(jié)點(diǎn)接地。
[0010]特別地，所述鋸齒波發(fā)生器還包括電容C3，其并聯(lián)連接在電阻R5兩端。
[0011]特別地，所述高阻抗信號(hào)采集電路包括電阻R6、電阻R7、電阻R8及電容C4 ;其中，電阻R8與電容C4并聯(lián)連接后一端接地，另一端與電阻R7的一端連接，電阻R7的另一端與電阻R6的一端連接，電阻R6的另一端接入模擬信號(hào)。
[0012]特別地，所述實(shí)時(shí)比對(duì)電路包括比較器U1B。[0013]特別地，所述隔離輸出電路包括光耦U2、電阻R9及電容C5 ;其中，電阻R9—端與電容C5 —端連接后的結(jié)點(diǎn)連接光耦U2副邊，電阻R9的另一端連接外接電源，電容C5的另
一端接地。
[0014]特別地，所述非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置還包括信號(hào)轉(zhuǎn)換電路；所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路串接在實(shí)時(shí)比對(duì)電路與隔離輸出電路之間。
[0015]特別地，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括電阻R10、電阻Rll及三極管Q2 ;其中，三極管Q2基極與電阻Rll —端連接后的結(jié)點(diǎn)連接電阻RlO的一端，電阻RlO的另一端連接實(shí)時(shí)比對(duì)電路的輸出端，三極管Q2發(fā)射極與電阻Rll另一端連接后的結(jié)點(diǎn)接地，三極管Q2集電極連接隔離輸出電路輸入端。
[0016]本實(shí)用新型提供的非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置解決了小信號(hào)模擬量采集并遠(yuǎn)距離隔離傳輸?shù)碾y題，能夠?qū)﹄妷骸囟?、濕度、電流等一系列能最終表達(dá)成電壓信號(hào)的模擬量較精確的遠(yuǎn)距離傳輸，且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置電路結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。可以理解的是，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本實(shí)用新型，而非對(duì)本實(shí)用新型的限定。另外還需要說(shuō)明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分而非全部?jī)?nèi)容。
[0021]請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖2所示，本實(shí)施例中非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置具體包括鋸齒波發(fā)生器101、高阻抗信號(hào)采集電路102、實(shí)時(shí)比對(duì)電路103及隔離輸出電路104。
[0022]所述鋸齒波發(fā)生器101的輸出端與實(shí)時(shí)比對(duì)電路103的輸入端電性連接，用于根據(jù)需要調(diào)整鋸齒波的頻率、上升沿和下降沿，獲得所需波形的鋸齒波信號(hào)，輸出給實(shí)時(shí)比對(duì)電路103。
[0023]于本實(shí)施例，所述鋸齒波發(fā)生器101包括精密電阻R1、精密電阻R2、電容Cl、比較器U1A、電容C2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電容C3及三極管Ql。其中，精密電阻R2與電容Cl并聯(lián)連接后一端接地，另一端與精密電阻Rl的一端、比較器UlA的反相輸入端連接，精密電阻Rl的另一端連接外接電源(5V)，比較器UlA同相輸入端與電容C2 —端連接后的結(jié)點(diǎn)連接電阻R3與三極管Ql集電極連接后的結(jié)點(diǎn)，電容C2的另一端接地，電阻R3的另一端連接外接電源，電阻R4 —端與電阻R5 —端連接后的結(jié)點(diǎn)連接三極管Ql基極，電阻R4另一端連接比較器UlA輸出端，電阻R5另一端與三極管Ql發(fā)射極連接后的結(jié)點(diǎn)接地。為了過濾雜波，可在電阻R5兩端并聯(lián)一電容C3。
[0024]精密電阻R1、精密電阻R2組成基準(zhǔn)電源的分壓電阻，由電容Cl濾波，組成比較器UlA的負(fù)端比較電壓源；電阻R3和電容C2組成電容充電電路，形成鋸齒波波形的上升沿波形。在充電過程中，當(dāng)沒有達(dá)到比較器UlA反相輸入端的基準(zhǔn)電壓時(shí)，比較器UlA輸出端輸出低電平，三極管Ql的基極通過電阻R5保持低電位，三極管Ql的基極電壓(Vbe)沒有得到有效電壓，所以三極管Ql沒有放大直至飽和導(dǎo)通，此時(shí)，三極管Ql集電極的波形是電容C2的充電波形。當(dāng)比較器UlA同相輸入端電壓達(dá)到基準(zhǔn)的比較電壓時(shí)，比較器UlA的輸出端電壓反轉(zhuǎn)，變?yōu)楦唠娖?，這個(gè)電平根據(jù)電阻R4和電阻R5的合理分壓，及電容C3過濾雜波(電容C3視實(shí)際情況可去除)，加到三極管Ql基極上，使得三極管Ql從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)成飽和導(dǎo)通狀態(tài)，該過程是鋸齒波波形的下降沿，這個(gè)時(shí)間可以通過調(diào)整電阻R4和電阻R5的合理分壓，電容C3的電容值，以及三極管Ql的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。然后，由于三極管Ql飽和導(dǎo)通，使得電容C2上存儲(chǔ)的電荷立即通過三極管Ql釋放，在電容C2電荷釋放完成后，比較器UlA同相輸入端又變?yōu)榈碗娢?，其同相輸入端的電壓低于反相輸入端的基?zhǔn)電壓，從而比較器UlA輸出端輸出低電平，三極管Ql重新進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，電容C2和電阻R3充電，下一循環(huán)開始。如此周而復(fù)始，生成滿足要求的鋸齒波信號(hào)。
[0025]所述高阻抗信號(hào)采集電路102的輸出端與實(shí)時(shí)比對(duì)電路103的輸入端電性連接，用于接入模擬信號(hào)，輸出給實(shí)時(shí)比對(duì)電路103。
[0026]高阻抗信號(hào)采集電路102采用簡(jiǎn)單的高阻抗分壓電阻實(shí)現(xiàn)，可降低設(shè)計(jì)成本，同時(shí)采用小電容濾波，減少雜波干擾。于本實(shí)施例，所述高阻抗信號(hào)采集電路102包括電阻R6、電阻R7、電阻R8及電容C4。其中，電阻R8與電容C4并聯(lián)連接后一端接地，另一端與電阻R7的一端連接，電阻R7的另一端與電阻R6的一端連接，電阻R6的另一端接入模擬信號(hào)。需要說(shuō)明的是，高阻抗信號(hào)采集電路102看似簡(jiǎn)單，但電阻R6、電阻R7、電阻R8必須選擇合適的電阻阻值，太小的阻抗容易引起信號(hào)的失真，太大的阻抗有容易引入干擾，同時(shí)要考慮實(shí)時(shí)比對(duì)電路103中比較器UlB需要的輸入電流，是微安UA)級(jí)別的還是納安(nA)級(jí)別，所以一般阻抗可以在100千歐到I兆歐之間考慮。另外為了有效表達(dá)輸入信號(hào)的范圍，必須選擇合適的分壓范圍，使得到的輸出占空比的信號(hào)在比較廣的范圍內(nèi)，不能在整個(gè)范圍內(nèi)一直很小或一直很大，影響采樣精度和靈敏度。
[0027]所述實(shí)時(shí)比對(duì)電路103的輸出端與隔離輸出電路104的輸入端電性連接，用于對(duì)鋸齒波信號(hào)和模擬信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，輸出信號(hào)接入隔離輸出電路104輸入端，隔離輸出電路104隔離輸出占空比與模擬信號(hào)成一定比例的固定頻率的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)。
[0028]于本實(shí)施例，所述實(shí)時(shí)比對(duì)電路103包括比較器U1B，使用高阻抗的比較器UlB可以對(duì)鋸齒波信號(hào)和模擬信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，輸出比對(duì)波形，如果需要調(diào)整輸出波形的參數(shù)，可以調(diào)整鋸齒波信號(hào)和模擬信號(hào)輸入的分壓比列實(shí)現(xiàn)。所述隔離輸出電路104包括光耦U2、電阻R9及電容C5。其中，電阻R9 —端與電容C5 —端連接后的結(jié)點(diǎn)連接光耦U2副邊，電阻R9的另一端連接外接電源，電容C5的另一端接地，光耦U2原邊連接比較器UlB輸出端，比較器UlB同相輸入端連接電阻R3與三極管Ql集電極連接后的結(jié)點(diǎn)，比較器UlB反相輸入端連接電阻R7與電阻R8連接后的結(jié)點(diǎn)。電阻R9是上拉電阻，給光耦U2的輸出級(jí)一定的工作電流，電容C5為高頻的濾波電容，使得信號(hào)比較清晰。如果需要信號(hào)的反轉(zhuǎn)，也可以把信號(hào)反轉(zhuǎn)電路加在這級(jí)后面，得到反轉(zhuǎn)的信號(hào)。
[0029]另外，考慮到對(duì)輸出波形的初始狀態(tài)值和占空比的要求，可以在實(shí)時(shí)比對(duì)電路103與隔離輸出電路104之間串接一信號(hào)轉(zhuǎn)換電路105。如圖3所示，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路105包括電阻R10、電阻Rll及三極管Q2。其中，三極管Q2基極與電阻Rll —端連接后的結(jié)點(diǎn)連接電阻RlO的一端，電阻RlO的另一端連接比較器UlB輸出端，三極管Q2發(fā)射極與電阻Rll另一端連接后的結(jié)點(diǎn)接地，三極管Q2集電極連接光耦U2原邊。[0030]本實(shí)用新型的技術(shù)方案解決了小信號(hào)模擬量采集并遠(yuǎn)距離隔離傳輸?shù)碾y題，能夠?qū)﹄妷?、溫度、濕度、電流等一系列能最終表達(dá)成電壓信號(hào)的模擬量較精確的遠(yuǎn)距離傳輸，只要對(duì)所測(cè)模擬量和對(duì)應(yīng)的占空比能實(shí)時(shí)曲線的標(biāo)定，那么實(shí)際的使用之中就比較容易獲得所需采集的模擬量，可以簡(jiǎn)單查表，也可以運(yùn)用簡(jiǎn)單的線性函數(shù)計(jì)算得到，且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
[0031]注意，上述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，本實(shí)用新型不限于這里所述的特定實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會(huì)脫離本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了較為詳細(xì)的說(shuō)明，但是本實(shí)用新型不僅僅限于以上實(shí)施例，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實(shí)施例，而本實(shí)用新型的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。
【權(quán)利要求】
1.一種非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置，其特征在于，包括鋸齒波發(fā)生器、高阻抗信號(hào)采集電路、實(shí)時(shí)比對(duì)電路及隔離輸出電路； 所述鋸齒波發(fā)生器的輸出端與實(shí)時(shí)比對(duì)電路的輸入端電性連接，用于根據(jù)需要調(diào)整鋸齒波的頻率、上升沿和下降沿，獲得所需波形的鋸齒波信號(hào)，輸出給實(shí)時(shí)比對(duì)電路； 所述高阻抗信號(hào)采集電路的輸出端與實(shí)時(shí)比對(duì)電路的輸入端電性連接，用于接入模擬信號(hào)，輸出給實(shí)時(shí)比對(duì)電路； 所述實(shí)時(shí)比對(duì)電路的輸出端與隔離輸出電路的輸入端電性連接，用于對(duì)鋸齒波信號(hào)和模擬信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，輸出信號(hào)接入隔離輸出電路輸入端；隔離輸出電路隔離輸出占空比與模擬信號(hào)成一定比例的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置，其特征在于，所述鋸齒波發(fā)生器包括精密電阻R1、精密電阻R2、電容Cl、比較器U1A、電容C2、電阻R3、電阻R4、電阻R5及三極管Ql ;其中，精密電阻R2與電容Cl并聯(lián)連接后一端接地，另一端與精密電阻Rl的一端、比較器UlA的反相輸入端連接，精密電阻Rl的另一端連接外接電源，比較器UlA同相輸入端與電容C2 —端連接后的結(jié)點(diǎn)連接電阻R3與三極管Ql集電極連接后的結(jié)點(diǎn)，電容C2的另一端接地，電阻R3的另一端連接外接電源，電阻R4 —端與電阻R5 —端連接后的結(jié)點(diǎn)連接三極管Ql基極，電阻R4另一端連接比較器UlA輸出端，電阻R5另一端與三極管Ql發(fā)射極連接后的結(jié)點(diǎn)接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置，其特征在于，所述鋸齒波發(fā)生器還包括電容C3，其并聯(lián)連接在電阻R5兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置，其特征在于，所述高阻抗信號(hào)采集電路包括電阻R6、電阻R7、電阻R8及電容C4 ;其中，電阻R8與電容C4并聯(lián)連接后一端接地，另一端與電阻R7的一端連接，電阻R7的另一端與電阻R6的一端連接，電阻R6的另一端接入模擬信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置，其特征在于，所述實(shí)時(shí)比對(duì)電路包括比較器UlB。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置，其特征在于，所述隔離輸出電路包括光耦U2、電阻R9及電容C5 ;其中，電阻R9 —端與電容C5 —端連接后的結(jié)點(diǎn)連接光耦U2副邊，電阻R9的另一端連接外接電源，電容C5的另一端接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置，其特征在于，還包括信號(hào)轉(zhuǎn)換電路；所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路串接在實(shí)時(shí)比對(duì)電路與隔離輸出電路之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非通訊式遠(yuǎn)距離模擬量采集裝置，其特征在于，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括電阻RlO、電阻Rll及三極管Q2 ;其中，三極管Q2基極與電阻Rll —端連接后的結(jié)點(diǎn)連接電阻RlO的一端，電阻RlO的另一端連接實(shí)時(shí)比對(duì)電路的輸出端，三極管Q2發(fā)射極與電阻Rll另一端連接后的結(jié)點(diǎn)接地，三極管Q2集電極連接隔離輸出電路輸入端。
【文檔編號(hào)】H03K19/0185GK203675090SQ201320891036
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】婁晶 申請(qǐng)人:英迪邁智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)無(wú)錫有限公司