專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多通道光電隔離電壓測(cè)量電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種多通道光電隔離電壓測(cè)量電路[技術(shù)領(lǐng)域]本實(shí)用新型涉及電信監(jiān)控設(shè)備的測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種多通道光電隔離電 壓測(cè)量電路。[背景技術(shù)]現(xiàn)有的線性光電耦合測(cè)量電路存在有以下不容易克服的缺點(diǎn)(1) 僅能在特定測(cè)量范圍內(nèi)保持較高的測(cè)量線性度，在全測(cè)量量程內(nèi)的某些區(qū) 間會(huì)出現(xiàn)較大的線性偏差，這種線性偏差可以使用特定的補(bǔ)償電路加以彌補(bǔ)，但 補(bǔ)償電路較為復(fù)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(diǎn)是難以消除的。(2) 現(xiàn)有的線性光電耦合測(cè)量電路通道中存在有固有靜態(tài)測(cè)量誤差(如零點(diǎn)偏 移誤差)；而且現(xiàn)有的線性光電耦合測(cè)量電路在不同環(huán)境溫度條件下，測(cè)量特性 曲線也會(huì)發(fā)生較大的變化，需要在測(cè)量工作中實(shí)時(shí)加以校正措施。(3) 現(xiàn)有的線性光電耦合測(cè)量電路因?yàn)楣怦钇骷牟町愋?，測(cè)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。[實(shí)用新型內(nèi)容]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能準(zhǔn)確測(cè)出信號(hào)電壓值 的一種多通道光電隔離電壓的測(cè)量電路。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是 一種多通道光電 隔離電壓測(cè)量電路，包括模擬通道切換電路，其選擇多路輸入電壓信號(hào)和電壓基準(zhǔn)信號(hào)送入線性光電 耦合電路的輸入端口；多段電壓基準(zhǔn)發(fā)生電路，其提供劃分線性區(qū)段的測(cè)量基準(zhǔn)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其將經(jīng)過(guò)線性光電耦合電路的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，供微 處理器進(jìn)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(hào),并 且控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器將線性光電耦合電路輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,通過(guò)線性 插值算法把該數(shù)字量轉(zhuǎn)換為信號(hào)電壓值。其中，還包括線性光電耦合電路，其實(shí)現(xiàn)被測(cè)量的輸入電壓信號(hào)與測(cè)量?jī)?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(jì)算公式為，<formula>formula see original document page 4</formula>為轉(zhuǎn)換的信號(hào)電壓值，及￡尸( )為線 性區(qū)段的端點(diǎn)電壓基準(zhǔn)值，/"( )為電壓基準(zhǔn)信號(hào)的A/D值，"rf— )為輸入 電壓信號(hào)的A/D值。釆用本實(shí)用新型的多通道光電隔離電壓測(cè)量方法，利用基準(zhǔn)電壓信號(hào)點(diǎn)形成 線性區(qū)段，利用線性區(qū)段的兩端點(diǎn)基準(zhǔn)值采用線性插值箅法對(duì)測(cè)量到的A/D值進(jìn) 行轉(zhuǎn)換，使該測(cè)量方法在不同測(cè)量范圍下測(cè)量電壓信號(hào)都具有很好的測(cè)量線性精 度,消除線性光電耦合電路固有的測(cè)量偏差;并且用這種光電隔離電壓溯量電路， 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本也比較低，省去了復(fù)雜精密的外圍補(bǔ)償電路。[
]圖1是本實(shí)用新型多通道光電隔離電壓測(cè)量方法的流程示意圖。圖2是本實(shí)用新型中由線性區(qū)段形成的擬合曲線和實(shí)際的線性光電耦合輸 入輸出特性曲線示意圖。圖3是本實(shí)用新型多通道光電隔離電壓測(cè)量電路模塊圖。 圖4是本實(shí)用新型線性光電耦合電路的電路圖。圖5是本實(shí)用新型模擬通道切換電路的電路圖。 圖6是本實(shí)用新型電壓基準(zhǔn)發(fā)生電路的電路圖。[具體實(shí)施方式
]下面根據(jù)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地闡述。圖1是本實(shí)用新型多通道光電隔離電壓測(cè)量方法的流程示意圖，首先模擬通 道切換電路切換至基準(zhǔn)通道P一AREF，此時(shí)依次測(cè)量出電壓基準(zhǔn)信號(hào)P—AREF、 P—CHK1、 P—CHK2、 P—CHK3、 P_CHK4、 GND—DEV—AI通過(guò)線性光電耦合電路的A/D 值ad_rl, ad一r2， ad—r3， ad_r4， ad—r5， ad一r6，其對(duì)應(yīng)于準(zhǔn)確已知的電壓基準(zhǔn)值 REF1，REF2， REF3， REF4， REF5, REF6,將測(cè)量量程劃分為5段線性區(qū)段(Al)、(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(zhǔn)值在直角坐標(biāo)系里對(duì)應(yīng)組成基準(zhǔn)信號(hào)點(diǎn)，以線性區(qū)段(Al)、 (A2)、 (A3)、(A4)、 (A5)可以擬合實(shí)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(cè)量通道，再測(cè)量出輸入電壓信號(hào)AI(n)通過(guò)線性光電耦合電路的A/D值ad一ai(n)，判斷ad_ai (n)落在哪一個(gè)線性區(qū)段中(An)中，以線性區(qū)段(An)的兩端基準(zhǔn)值REF(n), REF(n+l)作為插值計(jì)算的基準(zhǔn)值，使用線性插值算法，將ad一ai(n)值轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)確的信號(hào)電壓值val(n)，即可根據(jù)擬合曲線表計(jì)算出實(shí)際的信號(hào)電壓值，線性插值算法的計(jì)算公式為<formula>formula see original document page 5</formula>當(dāng)然電壓基準(zhǔn)信號(hào)不限于僅為6個(gè)，其越多最后計(jì)算得出的信號(hào)電壓值越精確。相應(yīng)的多通道光電隔離電壓測(cè)量電路如圖3所示，其包括，多個(gè)被測(cè)量的電壓信號(hào)l，其從AI0到AI15,(根據(jù)應(yīng)用需要可以增減分段 數(shù)目)；多段電壓基準(zhǔn)發(fā)生電路2，其提供劃分線性區(qū)段,量基準(zhǔn)；模擬通道切換電路(MUX)3，其選擇多路輸入電壓信號(hào)和電壓基準(zhǔn)信號(hào)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(shí)現(xiàn)被測(cè)量的輸入電壓信號(hào)與測(cè)量?jī)?nèi)部電路光電線 性隔離；模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用電路(A/D) 5,其將經(jīng)過(guò)線性光電耦合電路傳遞的電壓信號(hào) AIN_E1轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，供監(jiān)控設(shè)備中的微處理器(MCU)進(jìn)行處理，計(jì)算出實(shí) 際的電壓信號(hào)測(cè)量值。其將經(jīng)過(guò)線性光電耦合電路的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),供微處理器進(jìn)行處理；微處理器(MCU)6,整個(gè)測(cè)量電路的核心控制和計(jì)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(hào)，并且控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)將線 性光電耦合電路輸出的電壓信號(hào)AIN—El轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過(guò)運(yùn)行于固化于內(nèi)部 的線性插值算法，轉(zhuǎn)換測(cè)量值，完成最終的測(cè)量值計(jì)算任務(wù)。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(hào) P—AI一MUX和電壓基準(zhǔn)信號(hào)P—AREF、 P一CHK1、 P一CHK2、 P—CHK3、 P一CHK4、GND—DEV一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(hào)進(jìn)入微處理器 (MCU)，控制信號(hào)SEL—A、 SEL—B、 SEL—C、 SEL—MUX1、 SEL—MUX2、 SEL—MUX3與多 路模擬開(kāi)關(guān)U3、 U7、 U11之間使用了光耦器件U2、 U6、 U8、 U9、 U12、 U13進(jìn)行 隔離。多段電壓基準(zhǔn)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(cè)量基準(zhǔn)，其是由高精度電壓參考器件U10和精密電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，線性 區(qū)段分段的測(cè)量基準(zhǔn)信號(hào)P一AREF、 P_CHK1、 P—CHK2、 P一CHK3、 P一CHK4、 GND—DEV一AI 將測(cè)量量程劃分為5段,經(jīng)過(guò)模擬通道切換電路送入線性光電耦合電路的輸入端 口P一AI—MUX,經(jīng)線性光電耦合電路的輸出端口AII^E1送入模數(shù)轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)被測(cè)量信號(hào)與測(cè)量?jī)?nèi) 部電路光電線性隔離的關(guān)鍵電路，其是由線性光耦器件U5、運(yùn)放U1B、 U4B和電 阻、電容器件構(gòu)成線性光電耦合電路；運(yùn)放U1A, U4A的作用在于構(gòu)成正相跟隨電 路消除輸入、輸出的阻抗影響。綜上所述，采用本實(shí)用新型的多通道光電隔離電壓測(cè)量電路，利用基準(zhǔn)電壓 信號(hào)點(diǎn)形成線性區(qū)段，利用線性區(qū)段的南^點(diǎn)基準(zhǔn)值采用線性插值算法對(duì)測(cè)量到 的A/D值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使該測(cè)量方法在不同測(cè)量范圍下測(cè)量電壓信號(hào)都具有很好的 測(cè)量線性精度，消除線性光電耦合電路固有的測(cè)量偏差；并且用這種光電隔離電 壓測(cè)量電路，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本也比較低，省去了復(fù)雜精密的外圍補(bǔ)償電路。
權(quán)利要求1. 一種多通道光電隔離電壓測(cè)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(hào)和電壓基準(zhǔn)信號(hào)送入線性光電耦合電路的輸入端口；多段電壓基準(zhǔn)發(fā)生電路，其提供劃分線性區(qū)段的測(cè)量基準(zhǔn)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其將經(jīng)過(guò)線性光電耦合電路的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，供微處理器進(jìn)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(hào)，并且控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器將線性光電耦合電路輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過(guò)線性插值算法把該數(shù)字量轉(zhuǎn)換為信號(hào)電壓值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道光電隔離電壓測(cè)量電路，其特征在于還 包括線性光電耦合電路，其實(shí)現(xiàn)被測(cè)量的輸入電壓信號(hào)與測(cè)量?jī)?nèi)部電路光電線性 隔離；
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多通道光電隔離電壓測(cè)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(jì)算公式為，其中W—r(n^^_"/( )^(r( >, Vfl/(n)為轉(zhuǎn)換的信號(hào)電壓值，/ ￡尸( )為線 性區(qū)段的端點(diǎn)電壓基準(zhǔn)值，r(^為電壓基準(zhǔn)信號(hào)的A/D值，a!'(")為輸入 電壓信號(hào)的A/D值。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種多通道光電隔離電壓測(cè)量電路，包括，模擬通道切換電路，其選擇多路輸入電壓信號(hào)和電壓基準(zhǔn)信號(hào)送入線性光電耦合電路的輸入端口；多段電壓基準(zhǔn)發(fā)生電路，其提供劃分線性區(qū)段的測(cè)量基準(zhǔn)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其將經(jīng)過(guò)線性光電耦合電路的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，供微處理器進(jìn)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(hào)，并且控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器將線性光電耦合電路輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過(guò)線性插值算法把該數(shù)字量轉(zhuǎn)換為信號(hào)電壓值。采用本實(shí)用新型可以得到較為理想的測(cè)量值，并且其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省去了復(fù)雜的外圍測(cè)量電路。
文檔編號(hào)G01R19/257GK201083792SQ200720121029
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月21日
發(fā)明者吳壬華, 剛 肖 申請(qǐng)人:吳壬華