CN203012501U - 一种多用途可诊断的信号采集模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多用途可诊断的信号采集模块，其特点是，包括外围电路、调理放大电路、信号采集电路、诊断电路、以及一切换开关；外围电路的输入端连接外部输入信号，其输出端与所述的调理放大电路的输入端电连接；调理放大电路用于对采集的信号进行滤波，并进行放大处理；诊断电路用于快速定位故障产生的原因，便于操作人员排故；诊断电路的输出端和调理放大电路的输出端通过切换开关的切换选择其中之一与信号采集电路的输入端电连接；信号采集电路用于将输入的调理放大电路或诊断电路的模拟信号采样，并转换成数字信号供MCU使用。具有通用性强，精度高，快速诊断，功耗低，安全可靠等特点，可方便用于各种控制电路的开关量或模拟量采集的场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种多用途可诊断的信号采集模块。
背景技术
随着世界陆地资源的不断匮乏，海洋成为未来的重要战略性资源开发的重点，而海洋平台作为海洋开发的重要装备已成为各国的重要发展产业。海洋工程安全控制器作为其安全系统核心关键设备,对其系统电路，特别是信号采集电路的安全性、可靠性、可维性的要求都非常高。所以要求电路本身具备故障自诊断、功能自检测、高精度等功能，协助现场的应用人员调试和维护工作。目前一般的方法是采用不同的信号采集模块采集不同信号。而在维护这些模块时，由于无法快速准确的定位故障，对现场的应用人员调试和维护工作来说，往往需要花费更多的人力、时间和精力，并对于他们的专业知识能力要求也越来越高。这对于成本的控制是很不利的。
因此随着采集模块的通用性、可靠性、稳定性要求的不断提高，传统的单一采集功能的模块已经不能适应系统的要求。
发明内容
本实用新型是为了克服现有技术存在的上述缺点而提供的一种既可采集模拟量和开关量信号值，又具有自诊断功能的一种多用途可诊断的信号采集模块。
本实用新型采取的技术方案是：一种多用途可诊断的信号采集模块，其特点是，包括外围电路、调理放大电路、信号采集电路、诊断电路、以及一切换开关；
所述的外围电路，用于对输入信号做初步处理、分压、取样，以满足采集电压的需要；该外围电路的输入端连接外部输入信号，其输出端与所述的调理放大电路的输入端电连接；
所述的调理放大电路，用于对采集的信号进行滤波，并进行放大处理；
所述的诊断电路，用于快速定位故障产生的原因，便于操作人员排故；
所述的诊断电路的输出端和所述的调理放大电路的输出端通过所述的切换开关的切换选择其中之一与所述的信号采集电路的输入端电连接；
所述的信号采集电路，用于将输入的调理放大电路或诊断电路的模拟信号采样，并转换成数字信号供MCU使用；该信号采集电路的输出端与所述的MCU的输入端电连接。
上述一种多用途可诊断的信号采集模块，其中，所述的信号采集电路由一A/D转换电路构成。
上述一种多用途可诊断的信号采集模块，其中，所述的A/D转换电路包括一基准芯片和一A/D采集芯片。
上述一种多用途可诊断的信号采集模块，其中，所述的调理放大电路由差分放大电路构成。
上述一种多用途可诊断的信号采集模块，其中，所述的诊断电路由一检测信号源芯片构成。
上述一种多用途可诊断的信号采集模块，其中，所述的切换开关由一多路模拟开关构成。
由于本实用新型采用了以上的技术方案，其产生的技术效果是明显的：
1、由于模块带自诊断功能，可快速诊断出模块是否故障；
2、由于模拟量输入则采用差分的方式，可有效抑制外部干扰；
3、本模块可同时用于开关量输入和模拟量输入的采集，开关量输入时可有选择的检测出外围信号的状态变化（开路，断路，短路，闭合）的情况，便于操作人员及时的排除故障；
4、采集模块的统一化，外部状态变化时需要及时能反映出来，当故障发生时能及时定位；
5、本模块具有通用性强、体积小、功耗低、稳定性高的特点。
附图说明
图1是本实用新型一种多用途可诊断的信号采集模块的一种实施例的电方框图。
图2是本实用新型一种多用途可诊断的信号采集模块中的一种实施例的电路原理图。
具体实施方式
请参阅图1，图1是本实用新型一种多用途可诊断的信号采集模块的一种实施例的电方框图。本实用新型一种多用途可诊断的信号采集模块，例如应用在海洋工程安全控制器中。该信号采集模块包括外围电路1、调理放大电路2、信号采集电路3、诊断电路4、以及切换开关5。所述的外围电路1用于对输入信号做初步处理，分压，以满足采集电压的需要；该外围电路的输入端连接外部输入信号，其输出端与所述的调理放大电路的输入端电连接。所述的调理放大电路2用于对采集的信号进行滤波，并进行放大处理。所述的诊断电路4用于快速定位故障产生的原因，便于操作人员排故。所述的诊断电路4的输出端和所述的调理放大电路2的输出端通过所述的切换开关5的切换选择其中之一与所述的信号采集电路3的输入端电连接。正常情况下，所述的调理放大电路2的输出端与所述的信号采集电路3的输入端电连接；如果发生故障，则MCU控制切换开关的切换，将所述的诊断电路4的输出端与所述的信号采集电路3的输入端电连接。所述的信号采集电路3，用于将输入的调理放大电路或诊断电路的模拟信号采样，并转换成数字信号供MCU使用；该信号采集电路的输出端与所述的MCU的输入端电连接。
请参阅图2，图2是本实用新型一种多用途可诊断的信号采集模块中的电路原理图。其中：
所述的外围电路1由电阻R1～R5构成的分压取样电路和开关K构成。其中：R1和R2形成并联电路，开关K连接在R1支路上；R3～R5串联，连接在所述的R1和R2形成的并联电路的输出端，其中R5为采样电阻。所述的外围电路对输入信号做初步处理，分压，以满足MCU采集电压的需要。用于采集开关量输入时，R1、R2以及开关K接于外部。图中IN+、IN-为模块的开关量输入接口，AD+为最终采样电压点。为保证获得所需的采样电压点AD+,本实施例选择R1与R2的阻值之比为2:1，R3与R4同阻值，R5的阻值约为R3（R4）的五分之一。
所述的调理放大电路2由差分放大电路构成。该差分放大电路包括电阻R6～R10、R12、电容C2、C3、C4、C5以及一运送放大器U1。其中电阻R6、R7、R8、R9阻值相等，例如为49.9K，R10与R12阻值相等，例如为100K，可得到该电路为1：1差分放大电路。采用差分输入的方式可有效的抑制共模干扰。4个电容C2、C3、C4、C5的容量相等，例如为0.1uF。由电阻和电容组成一阶滤波，可进一步滤除一些干扰杂波。该调理放大电路可对信号进行滤波，并进行放大处理。
所述的信号采集电路3由一A/D转换电路构成。本实施例中，所述的A/D转换电路包括一基准芯片U2（例如型号为ADR431）和一A/D采集芯片U3。A/D采集芯片U3采用型号例如为ADS1256，该芯片具有24BIT精度，8路单点输入（可配置成4路差分输入），SPI总线接口，可满足各种高精度场合的要求。本实施例基准芯片U2采用外部基准芯片例如型号为ADR431，该芯片5V输入，输出2.5V基准电压，精度高达±1毫伏，可保证输出的准确性。所述外部基准芯片选用SPI总线接口既可适用于大部分MCU，又可以方便的扩展多个设备，还可以在系统复位时保持住原有状态，这在某些情况下是很重要的。所述的采集电路可将输入的模拟信号采样转换成数字信号供MCU使用，例如：可根据外围电路输出的开关量不同状态，以及电阻的分压，来判断出当前开关量的状态:
1、当开关K打开时，24V电压通过R2、R3、R4、R5回地，可计算得出AD+的电压，例如为0.8V；
2、当开关闭合时，R1,和R2并联，通过计算可得AD+的电压为1V；
3、当开关短路时，24V直接加在IN+上，电压通过R3,R4,R5回地，通过计算可得出AD+的电压为2V；
4、当开关断线时，AD+的电压为0V。
MCU通过采样到的不同电压值，即可判断出开关量当前状态。
为了在实际使用中在遇到故障时能快速检测出是由哪块电路所引起的，本实用新型还包括一具有自诊断功能的诊断电路4。本实施例所述的诊断电路由一检测信号源芯片U4(例如型号为ADR430)构成。检测信号源芯片U4ADR430可以输出2.048V的基准电压。当需要检测时，将信号采集电路的输入通过切换开关断开原来的输入通道，而将诊断电路的检测信号源芯片U4的输出信号连接到该信号采集电路的输入端。
所述的诊断电路4的输出端和所述的调理放大电路2的输出端通过所述的切换开关5的切换选择其中之一与所述的信号采集电路3的输入端电连接。所述的切换开关5由一多路模拟开关U5（例如型号为ADG508）构成。如果原来采集有故障，切换之后采集正常，则说明信号采集电路的ADS1256芯片工作正常，故障发生在前端运放或电阻上。如切换后仍就有故障，则可确定为信号采集电路的ADS1256有故障。以此方法即可快速定位和排除故障。因此，诊断电路具有快速定位故障产生的原因，便于操作人员排故的优点。
本实用新型该模块具有通用性强、精度高、快速诊断、功耗低、安全可靠等特点，可方便用于各种控制电路的开关量或模拟量采集的场合。
Claims (6)
1.一种多用途可诊断的信号采集模块，其特征在于，包括外围电路、调理放大电路、信号采集电路、诊断电路、以及一切换开关；
所述的外围电路，用于对输入信号做初步处理、分压、取样，以满足采集电压的需要；该外围电路的输入端连接外部输入信号，其输出端与所述的调理放大电路的输入端电连接；
所述的调理放大电路，用于对采集的信号进行滤波，并进行放大处理；
所述的诊断电路，用于快速定位故障产生的原因，便于操作人员排故；
所述的诊断电路的输出端和所述的调理放大电路的输出端通过所述的切换开关的切换选择其中之一与所述的信号采集电路的输入端电连接；
所述的信号采集电路，用于将输入的调理放大电路或诊断电路的模拟信号采样，并转换成数字信号供MCU使用；该信号采集电路的输出端与所述的MCU的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种多用途可诊断的信号采集模块，其特征在于，所述的信号采集电路由一A/D转换电路构成。
3.根据权利要求2所述的一种多用途可诊断的信号采集模块，其特征在于，所述的A/D转换电路包括一基准芯片和一A/D采集芯片。
4.根据权利要求1所述的一种多用途可诊断的信号采集模块，其特征在于，所述的调理放大电路由差分放大电路构成。
5.根据权利要求4所述的一种多用途可诊断的信号采集模块，其特征在于，所述的诊断电路由一检测信号源芯片构成。
6.根据权利要求1所述的一种多用途可诊断的信号采集模块，其特征在于，所述的切换开关由一多路模拟开关构成。
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