專利名稱：一種多通道光電隔離電壓的測量方法及其電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電信監(jiān)控設備的測量領域，特別涉及一種多通道光電隔離電壓的測量方法及其電路?，F(xiàn)有的線性光電耦合測量電路存在有以下不容易克服的缺點(1)僅能在特定測量范圍內(nèi)保持較高的測量線性度，在全測量量程內(nèi)的某些區(qū)間會出現(xiàn)較大的線性偏差，這種線性偏差可以使用特定的補償電路加以彌補，但補償電路較為復雜，需要高精度的電容阻器件，成本較高，調(diào)試難度較大，如果不加以軟件校正，從根本上該缺點是難以消除的。
(2)現(xiàn)有的線性光電耦合測量電路通道中存在有固有靜態(tài)測量誤差(如零點偏移誤差)；而且現(xiàn)有的線性光電耦合測量電路在不同環(huán)境溫度條件下，測量特性曲線也會發(fā)生較大的變化，需要在測量工作中實時加以校正措施。
(3)現(xiàn)有的線性光電耦合測量電路因為光耦器件的差異性，測量值將發(fā)生較大的差異，需要校正，但硬件校正措施成本較高、工作量較大。本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種結構簡單、能準確測出信號電壓值的一種多通道光電隔離電壓的測量方法及其電路。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是一種多通道光電隔離電壓的測量方法，包括如下步驟，101、根據(jù)測量到的電壓基準信號點將測量量程劃分為線性區(qū)段；102、測量出輸入電壓信號通過線性光電耦合電路的A/D值，判斷該A/D值所屬的線性區(qū)段；103、以該所屬的線性區(qū)段的兩端電壓基準值作為插值，使用線性插值算法將輸入電壓信號的A/D值轉換為準確的信號電壓值。
其中，所述步驟101還包括，測量所述的電壓基準信號通過線性光電耦合電路的A/D值，及其對應于準確已知的電壓基準值。
其中，步驟103中所述線性插值算法的計算公式為，val(n)=REF(n)-(ad_r(n)-ad_ai(n))(ad_r(n)-ad_r(n+1))×(REF(n)-REF(n+1))]]>其中ad_r(n)≤ad_ai(n)≤ad_r(n)，val(n)為轉換的信號電壓值，REF(n)為線性區(qū)段的端點電壓基準值，ad_r(n)為電壓基準信號的A/D值，ad_ai(n)為輸入電壓信號的A/D值。
其中，所述基準信號點是所述電壓基準信號A/D值和電壓基準值在直角坐標系里的對應點。
一種多通道光電隔離電壓測量電路，包括，模擬通道切換電路，其選擇多路輸入電壓信號和電壓基準信號送入線性光電耦合電路的輸入端口；多段電壓基準發(fā)生電路，其提供劃分線性區(qū)段的測量基準；模數(shù)轉換器，其將經(jīng)過線性光電耦合電路的電壓信號轉換為數(shù)字信號，供微處理器進行處理；微處理器，其控制模擬通道切換電路，選擇送入線性光電耦合電路的信號，并且控制模數(shù)轉換器將線性光電耦合電路輸出的電壓信號轉換為數(shù)字量，通過線性插值算法把該數(shù)字量轉換為信號電壓值。
其中，還包括線性光電耦合電路，其實現(xiàn)被測量的輸入電壓信號與測量內(nèi)部電路光電線性隔離；其中，所述線性插值算法固化于所述的微處理器中，其計算公式為，
val(n)=REF(n)-(ad_r(n)-ad_ai(n))(ad_r(n)-ad_r(n+1))×(REF(n)-REF(n+1))]]>其中ad_r(n)≤ad_ai(n)≤ad_r(n)，val(n)為轉換的信號電壓值，REF(n)為線性區(qū)段的端點電壓基準值，ad_r(n)為電壓基準信號的A/D值，ad_ai(n)為輸入電壓信號的A/D值。
采用本發(fā)明的多通道光電隔離電壓測量方法，利用基準電壓信號點形成線性區(qū)段，利用線性區(qū)段的兩端點基準值采用線性插值算法對測量到的A/D值進行轉換，使該測量方法在不同測量范圍下測量電壓信號都具有很好的測量線性精度，消除線性光電耦合電路固有的測量偏差；并且用這種光電隔離電壓測量電路，其結構簡單、成本也比較低，省去了復雜精密的外圍補償電路。

圖1是本發(fā)明多通道光電隔離電壓測量方法的流程示意圖。
圖2是本發(fā)明中由線性區(qū)段形成的擬合曲線和實際的線性光電耦合輸入輸出特性曲線示意圖。
圖3是本發(fā)明多通道光電隔離電壓測量電路模塊圖。
圖4是本發(fā)明線性光電耦合電路的電路圖。
圖5是本發(fā)明模擬通道切換電路的電路圖。
圖6是本發(fā)明電壓基準發(fā)生電路的電路圖。下面根據(jù)附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步地闡述。
圖1是本發(fā)明多通道光電隔離電壓測量方法的流程示意圖，首先模擬通道切換電路切換至基準通道P_AREF，此時依次測量出電壓基準信號P_AREF、P_CHK1、P_CHK2、P_CHK3、P_CHK4、GND_DEV_AI通過線性光電耦合電路的A/D值ad_r1，ad_r2，ad_r3，ad_r4，ad_r5，ad_r6，其對應于準確已知的電壓基準值REF1，REF2，REF3，REF4，REF5，REF6，將測量量程劃分為5段線性區(qū)段〔A1〕、〔A2〕、〔A3〕、〔A4〕、〔A5〕，如圖2所示形成擬合曲線線性插值表，A/D值和電壓基準值在直角坐標系里對應組成基準信號點，以線性區(qū)段〔A1〕、〔A2〕、〔A3〕、〔A4〕、〔A5〕可以擬合實際的線性光電耦合電路的輸入輸出特性曲線。
然后模擬切換電話切換至測量通道，再測量出輸入電壓信號AI(n)通過線性光電耦合電路的A/D值ad_ai(n)，判斷ad_ai(n)落在哪一個線性區(qū)段中〔An〕中，以線性區(qū)段〔An〕的兩端基準值REF(n)，REF(n+1)作為插值計算的基準值，使用線性插值算法，將ad_ai(n)值轉換為準確的信號電壓值val(n)，即可根據(jù)擬合曲線表計算出實際的信號電壓值，線性插值算法的計算公式為val(n)=REF(n)-(ad_r(n)-ad_ai(n))(ad_r(n)-ad_r(n+1))×(REF(n)-REF(n+1))]]>其中，ad_r(n)≤ad_ai(n)≤ad_r(n)當然電壓基準信號不限于僅為6個，其越多最后計算得出的信號電壓值越精確。
相應的多通道光電隔離電壓測量電路如圖3所示，其包括，多個被測量的電壓信號1，其從AI0到AI15，(根據(jù)應用需要可以增減分段數(shù)目)；多段電壓基準發(fā)生電路2，其提供劃分線性區(qū)段的測量基準；模擬通道切換電路(MUX)3，其選擇多路輸入電壓信號和電壓基準信號送入線性光電耦合電路的輸入端口；線性光電耦合電路4，其實現(xiàn)被測量的輸入電壓信號與測量內(nèi)部電路光電線性隔離；模數(shù)轉換器應用電路(A/D)5，其將經(jīng)過線性光電耦合電路傳遞的電壓信號AIN_E1轉換為數(shù)字信號，供監(jiān)控設備中的微處理器(MCU)進行處理，計算出實際的電壓信號測量值。
其將經(jīng)過線性光電耦合電路的電壓信號轉換為數(shù)字信號，供微處理器進行處理；
微處理器(MCU)6，整個測量電路的核心控制和計算部件，其控制模擬通道切換電路，選擇送入線性光電耦合電路的信號，并且控制模數(shù)轉換器(A/D)將線性光電耦合電路輸出的電壓信號AIN_E1轉換為數(shù)字量，通過運行于固化于內(nèi)部的線性插值算法，轉換測量值，完成最終的測量值計算任務。
其中，模擬通道切換電路如圖5所示，其主要作用是選擇多路電壓輸入信號P_AI_MUX和電壓基準信號P_AREF、P_CHK1、P_CHK2、P_CHK3、P_CHK4、GND_DEV_AI送入線性光電耦合電路輸入端口P_AI_MUX。為防止干擾信號進入微處理器(MCU)，控制信號SEL_A、SEL_B、SEL_C、SEL_MUX1、SEL_MUX2、SEL_MUX3與多路模擬開關U3、U7、U11之間使用了光耦器件U2、U6、U8、U9、U12、U13進行隔離。
多段電壓基準發(fā)生電路如圖4所示，該部分電路為劃分線性區(qū)段形成擬合曲線提供測量基準，其是由高精度電壓參考器件U10和精密電阻網(wǎng)絡構成的，線性區(qū)段分段的測量基準信號P_AREF、P_CHK1、P_CHK2、P_CHK3、P_CHK4、GND_DEV_AI將測量量程劃分為5段，經(jīng)過模擬通道切換電路送入線性光電耦合電路的輸入端口P_AI_MUX，經(jīng)線性光電耦合電路的輸出端口AIN_E1送入模數(shù)轉換器(A/D)。
線性線性光電耦合電路如圖6所示，該部分電路是實現(xiàn)被測量信號與測量內(nèi)部電路光電線性隔離的關鍵電路，其是由線性光耦器件U5、運放U1B、U4B和電阻、電容器件構成線性光電耦合電路；運放U1A，U4A的作用在于構成正相跟隨電路消除輸入、輸出的阻抗影響。
綜上所述，采用本發(fā)明的多通道光電隔離電壓測量方法，利用基準電壓信號點形成線性區(qū)段，利用線性區(qū)段的兩端點基準值采用線性插值算法對測量到的A/D值進行轉換，使該測量方法在不同測量范圍下測量電壓信號都具有很好的測量線性精度，消除線性光電耦合電路固有的測量偏差；并且用這種光電隔離電壓測量電路，其結構簡單、成本也比較低，省去了復雜精密的外圍補償電路。
權利要求
1.一種多通道光電隔離電壓的測量方法，其特征在于包括以下步驟，101、根據(jù)測量到的電壓基準信號點將測量量程劃分為若干線性區(qū)段；102、測量出輸入電壓信號通過線性光電耦合電路的A/D值，判斷該A/D值所屬的線性區(qū)段；103、以該所屬的線性區(qū)段的兩端電壓基準值作為插值，使用線性插值算法將輸入電壓信號的A/D值轉換為準確的信號電壓值。
2.根據(jù)權利要求1所述的多通道光電隔離電壓的測量方法，其特征在于所述步驟101還包括，測量所述的電壓基準信號通過線性光電耦合電路的A/D值，及其對應于準確已知的電壓基準值。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的多通道光電隔離電壓的測量方法，其特征在于步驟103中所述線性插值算法的計算公式為，val(n)=REF(n)-(ad_r(n)-ad_ai(n))(ad_rn-ad_r(n+1))×(REF(n)-REF(n+1))]]>其中ad_r(n)≤ad_ai(n)≤ad_r(n+1)，val(n)為轉換的信號電壓值，REF(n)為線性區(qū)段的端點電壓基準值，ad_r(n)為電壓基準信號的A/D值，ad_ai(n)為輸入電壓信號的A/D值。
4.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的多通道光電隔離電壓的測量方法，其特征在于所述基準信號點是所述電壓基準信號A/D值和電壓基準值在直角坐標系里的對應點。
5.一種多通道光電隔離電壓的測量電路，其特征在于包括，模擬通道切換電路，其選擇多路輸入電壓信號和電壓基準信號送入線性光電耦合電路的輸入端口；多段電壓基準發(fā)生電路，其提供劃分線性區(qū)段的測量基準；模數(shù)轉換器，其將經(jīng)過線性光電耦合電路的電壓信號轉換為數(shù)字信號，供微處理器進行處理；微處理器，其控制模擬通道切換電路，選擇送入線性光電耦合電路的信號，并且控制模數(shù)轉換器將線性光電耦合電路輸出的電壓信號轉換為數(shù)字量，通過線性插值算法把該數(shù)字量轉換為信號電壓值。
6.根據(jù)權利要求5所述的多通道光電隔離電壓的測量電路，其特征在于還包括線性光電耦合電路，其實現(xiàn)被測量的輸入電壓信號與測量內(nèi)部電路光電線性隔離；
7.根據(jù)權利要求5或6所述的多通道光電隔離電壓的測量電路，其特征在于所述線性插值算法固化于所述的微處理器中，其計算公式為，val(n)=REF(n)-(ad_r(n)-ad_ai(n))(ad_r(n)-ad_r(n+1))×(REF(n)-REF(n+1))]]>其中ad_r(n)≤ad_ai(n)≤ad_r(n)，val(n)為轉換的信號電壓值，REF(n)為線性區(qū)段的端點電壓基準值，ad_r(n)為電壓基準信號的A/D值，ad_ai(n)為輸入電壓信號的A/D值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多通道光電隔離電壓測量方法及其電路，其測量方法為先根據(jù)測量到的電壓基準信號點將測量量程劃分為若干線性區(qū)段；測量出輸入電壓信號通過線性光電耦合電路的A/D值，判斷該A/D值所屬的線性區(qū)段；再以該所屬的線性區(qū)段的兩端電壓基準值作為插值，使用線性插值算法將輸入電壓信號的A/D值轉換為準確的信號電壓值；其測量電路包括模擬通道切換電路、線性光電耦合電路、多段電壓基準發(fā)生電路、模數(shù)轉換器和微處理器；采用本發(fā)明可以得到較為理想的測量值，并且其電路結構簡單，省去了復雜的外圍測量電路。
文檔編號H04B17/00GK101076053SQ20071007516
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月21日 優(yōu)先權日2007年6月21日
發(fā)明者吳壬華, 肖剛 申請人:吳壬華