一種小型高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)不能滿足不同型號(hào)發(fā)射車多路模擬量高精度采集要求的問題，提供了一種小型高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置包括：直流電源、采集單元、擴(kuò)展板、主板和模擬量信號(hào)傳感器，所述直流電源為所述采集單元供電，所述采集單元包括整流濾波單元，所述直流電源的輸出端連接所述整流濾波單元，所述擴(kuò)展板包括模擬量采集單元，該模擬量采集單元接收所述模擬量信號(hào)傳感器的輸出，并將采集結(jié)果傳輸?shù)剿鲋靼迳?。?jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了-40℃～60℃寬溫域范圍內(nèi)1.5‰的采集精度。
【專利說明】
一種小型高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于發(fā)射車控制【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種小型高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)射車控制系統(tǒng)的三化單機(jī)產(chǎn)品以滿足戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈發(fā)射車機(jī)動(dòng)發(fā)射控制功能需求為目標(biāo)，綜合考慮各型號(hào)發(fā)射車多種用戶需求的裝備產(chǎn)品，按產(chǎn)品化的開發(fā)思路進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，通過通用化產(chǎn)品的不同配置，構(gòu)成滿足不同用戶需求的通用單機(jī)產(chǎn)品。
[0003]現(xiàn)階段各型號(hào)的控制功能日趨復(fù)雜，且控制精度要求越來越高，因此各種傳感器在型號(hào)使用中越來越多，隨著需要采集的模擬量反饋信號(hào)的增加，以往的模擬量采集單機(jī)已不能適應(yīng)新的使用工況。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，例如申請(qǐng)?zhí)枮镃N200920236074.X的實(shí)用新型申請(qǐng)公開了一種ASI模擬量采集模塊，包括電源電路、模擬量處理電路、AD轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)隔離電路、主控電路和ASI信號(hào)傳輸電路；所述模擬信號(hào)處理電路的輸入端即為本采集模塊的信號(hào)采集端，模擬信號(hào)處理電路的輸出端連接Α/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端，Α/D轉(zhuǎn)換電路還經(jīng)隔離電路連接主控電路的信號(hào)輸入/輸出端；ASI信號(hào)傳輸電路的信號(hào)輸入/輸出端與主控電路的信號(hào)輸入/輸出端連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型把ASI電纜上的信號(hào)轉(zhuǎn)換成傳感器和執(zhí)行器等設(shè)備所能夠識(shí)別的電壓信號(hào)，以及把傳感器和執(zhí)行器的信號(hào)轉(zhuǎn)成ASI主站可識(shí)別的信號(hào)，并反饋到ASI電纜上，使傳感器和執(zhí)行器等設(shè)備得以通過ASI總線與主站通信，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。然而，上述控制的精度無法滿足發(fā)射車控制的高精度指標(biāo)要求。
[0005]由此可知，現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)方案不能滿足不同型號(hào)發(fā)射車多路模擬量高精度采集要求，不具有通用模擬量采集單機(jī)產(chǎn)品需具備多路傳感器信號(hào)采集功能，無法克服模擬量信號(hào)本身溫漂誤差，且不具備消除信號(hào)干擾變化、驅(qū)動(dòng)電源波動(dòng)等原因引起的模擬量采集誤差的能力。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述弊端，本實(shí)用新型提出了一種適應(yīng)陸軍地面全溫域的小型化高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置。其通過板級(jí)模擬量數(shù)據(jù)采集、溫度補(bǔ)償?shù)瓤刂品绞剑瑢?shí)現(xiàn)了發(fā)射車全溫域精確模擬量數(shù)據(jù)采集。
[0007]本實(shí)用新型提供的小型高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置包括:直流電源、采集單元、擴(kuò)展板、主板和模擬量信號(hào)傳感器，所述直流電源為所述采集單元供電，所述采集單元包括整流濾波單元，所述直流電源的輸出端連接所述整流濾波單元，所述擴(kuò)展板包括模擬量采集單元，該模擬量采集單元接收所述模擬量信號(hào)傳感器的輸出，并將采集結(jié)果傳輸?shù)剿鲋靼迳稀?br> [0008]進(jìn)一步地，所述整流濾波單元包括電源濾波器和DC/DC轉(zhuǎn)換器，所述整流濾波單元的輸入端為所述電源濾波器的輸入端，所述電源濾波器的輸出端分別連接所述DC/DC轉(zhuǎn)換器和所述擴(kuò)展板，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出端連接所述擴(kuò)展板。
[0009]進(jìn)一步地，所述主板包括CPU和CPU周邊電路。
[0010]進(jìn)一步地，所述CPU周邊電路包括SPI接口，所述模擬量采集單元通過該SPI接口與所述CPU電氣連接。
[0011]進(jìn)一步地，所述CPU周邊電路包括分別與CPU接口電氣連接的GP1接口、SPI接口、存儲(chǔ)單元、JTAG單元、通信接口和總線接口。
[0012]進(jìn)一步地，所述存儲(chǔ)單元包括鐵電存儲(chǔ)器，所述通信接口 RS422接口和/或RS232接口，所述總線接口包括CAN總線接口。
[0013]進(jìn)一步地，所述CAN總線接口包括第一 CAN總線接口 CANO和第二 CAN總線接口CANl。
[0014]進(jìn)一步地，所述CPU采用XC164單片機(jī)。
[0015]進(jìn)一步地，所述模擬量采集單元包括依次連接的電壓轉(zhuǎn)換單元、放大單元、跟隨器和采樣單元。
[0016]進(jìn)一步地，所述電壓轉(zhuǎn)換單元包括采樣電阻，所述放大單元包括0P777芯片，所述跟隨器包括電壓跟隨器，所述采樣單元包括AD7856芯片。
[0017]本實(shí)用新型具有如下技術(shù)效果:適應(yīng)陸軍地面全溫域的小型化高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集的需求。通過板級(jí)模擬量數(shù)據(jù)采集、溫度補(bǔ)償?shù)瓤刂品绞剑瑢?shí)現(xiàn)了發(fā)射車全溫域精確模擬量數(shù)據(jù)采集。實(shí)現(xiàn)了多路傳感器模擬信號(hào)的實(shí)時(shí)采集及快速修正。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了 _40°C?60°C寬溫域范圍內(nèi)1.5%。的采集精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1示出了本實(shí)用新型的小型高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置的組成框圖；
[0019]圖2示出了本實(shí)用新型的小型高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置的AD7856芯片、0P777芯片的外圍電路配置實(shí)例。

【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，小型高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置包括:直流電源10、采集單元20、擴(kuò)展板30、主板50和模擬量信號(hào)傳感器40，所述直流電源10為所述采集單元20供電，所述采集單元20包括整流濾波單元，所述直流電源10的輸出端連接所述整流濾波單元，所述擴(kuò)展板30包括模擬量采集單元60，該模擬量采集單元60接收所述模擬量信號(hào)傳感器40的輸出，并將采集結(jié)果傳輸?shù)剿鲋靼?0上。
[0021 ] 所述整流濾波單元包括電源濾波器201和DC/DC轉(zhuǎn)換器202，所述整流濾波單元的輸入端為所述電源濾波器201的輸入端，所述電源濾波器201的輸出端分別連接所述DC/DC轉(zhuǎn)換器202和所述擴(kuò)展板30，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器202的輸出端連接所述擴(kuò)展板30。
[0022]所述主板50包括CPU和CPU周邊電路。
[0023]所述CPU周邊電路包括SPI接口，所述模擬量采集單元60通過該SPI接口與所述CPU電氣連接。
[0024]所述CPU周邊電路包括分別與CPU接口電氣連接的GP1接口、SPI接口、存儲(chǔ)單元、JTAG單元、通信接口和總線接口。
[0025]所述存儲(chǔ)單元包括鐵電存儲(chǔ)器501，所述通信接口 RS422接口和/或RS232接口，所述總線接口包括CAN總線接口。
[0026]所述CAN總線接口包括第一 CAN總線接口 CANO和第二 CAN總線接口 CANl。這兩根總線可以連接外部的控制和/或通信裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，也可以留待備用。
[0027]所述CPU采用XC164單片機(jī)。
[0028]所述模擬量采集單元60包括依次連接的電壓轉(zhuǎn)換單元、放大單元、跟隨器和采樣單元。
[0029]所述電壓轉(zhuǎn)換單元包括采樣電阻，所述放大單元包括0P777芯片，所述跟隨器包括電壓跟隨器，所述采樣單元包括AD7856芯片。具體地，模擬量輸入為電流信號(hào)，經(jīng)過采樣電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過電壓跟隨器后進(jìn)入AD采樣芯片AD7856轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，通過SPI接口進(jìn)入XC164單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理。
[0030]其中，采樣單元使用了 AD7856。如圖2所示，該AD7856的外圍電路中，信號(hào)調(diào)理電路中的保護(hù)二極管選用ON公司的BAV199LT1G，其正向電流0.2A，反向漏電流在反向電壓70V的情況下為5nA。這樣，即使當(dāng)結(jié)溫升到150°C時(shí)，漏電流為80nA，能夠滿足本實(shí)用新型的裝置需要滿足的采樣精度要求。
[0031]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，為適應(yīng)AD芯片4.096V的參考電壓,將米樣電組設(shè)計(jì)為200歐姆。
[0032]在該優(yōu)選的實(shí)施例中，為滿足不同型號(hào)的使用需求，實(shí)現(xiàn)模擬量數(shù)據(jù)采集單機(jī)的通用化，共設(shè)計(jì)了 24路模擬量數(shù)據(jù)采集通道，基本可以滿足各型號(hào)的使用需求。經(jīng)過試驗(yàn)， 申請(qǐng)人:總結(jié)各采集通道和電路設(shè)計(jì)參數(shù)具體如下:
[0033]a.輸入電流:4?20mA ；
[0034]A/D變換分辨率:14位；
[0035]輸入路數(shù):12路；
[0036]b.輸入電流:4?20mA ；
[0037]A/D變換分辨率:10位；
[0038]輸入路數(shù):6路；
[0039]c.輸入電流:0 ?400uA ；
[0040]A/D變換分辨率:14位；
[0041]輸入路數(shù):6路。
[0042]在該優(yōu)選的實(shí)施例中，小型高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置共使用24片0P777及濾波電路實(shí)現(xiàn)24路信號(hào)實(shí)時(shí)跟隨放大，并采用3片AD7856數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片，通過CPU的1 口設(shè)置片選信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)24路AD通道的循環(huán)單路采集以及對(duì)多路通道的模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了 _40°C?60°C寬溫域范圍內(nèi)1.5%。的采集精度。其中的溫度范圍由上述器件型號(hào)的選取確定。
[0043]為了更清楚地說明本實(shí)用新型的小型高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置能夠適應(yīng)陸軍地面全溫域的小型化高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集的需求， 申請(qǐng)人:現(xiàn)提供本實(shí)用新型的裝置的最終處理精度理論值推算過程為佐證:
[0044]精密電阻的精度:0.05% ；
[0045]0P777的精度:輸入端失調(diào)電壓為200uV (全溫域:_40 V?+85 V )；總的失調(diào)漂移誤差為1.3uV/°C，如溫度為+85°C，則溫漂60°C，則溫度漂移造成的誤差為
1.3uV/ V X60 V =78uV ;對(duì)于4?20mA輸入范圍，OP777造成的誤差為(200+78) /(16X200X1000) =0.009% ；
[0046]AD7856的精度:非線性誤差2LSB，失調(diào)誤差為10LSB，正向量程誤差為10LSB ;對(duì)于 0.8 ?4V 輸入范圍，則總的誤差為(22+102+102) 1/2/ (214X3.2/4.096)=0.111% ；
[0047]參考電壓的精度:輸出誤差0.002V ；溫漂5ppm/ °C，如溫度為+85 V，則溫漂60°C，則溫度漂移造成的誤差為5ppm/°C X60°C =300ppm ;則總的誤差為(0.002+0.0003)/4.096=0.06%
[0048]綜上，模擬量輸入電路在全溫域的整體精度為:
[0049]((0.05%) 2+ (0.009%) 2+ (0.111%) 2+ (0.06%) 2) 1/2=1.36%
[0050]根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，小型高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置還進(jìn)行了小型化高精度的設(shè)計(jì)。小型化體現(xiàn)在多路(例如，24路)采集電路均集成在一塊PCB上。該P(yáng)CB尺寸為230X 153mm。所要求的采集精度精確到1.5%。。通過上述推算，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)定本實(shí)用新型的小型高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置的高精度完全能夠滿足實(shí)際應(yīng)用要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。
[0051]上面以文字和【專利附圖】

【附圖說明】的方式闡釋了本實(shí)用新型一些【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)，并非詳盡無遺或限制于上述所述具體形式。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種小型高精度多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置，其特征在于，包括直流電源、采集單元、擴(kuò)展板、主板和模擬量信號(hào)傳感器，所述直流電源為所述采集單元供電，所述采集單元包括整流濾波單元，所述直流電源的輸出端連接所述整流濾波單元，所述擴(kuò)展板包括模擬量采集單元，該采集單元接收所述模擬量信號(hào)傳感器的輸出，并將采集結(jié)果傳輸?shù)剿鲋靼迳稀?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置，其中，所述整流濾波單元包括電源濾波器和DC/DC轉(zhuǎn)換器，所述整流濾波單元的輸入端為所述電源濾波器的輸入端，所述電源濾波器的輸出端分別連接所述DC/DC轉(zhuǎn)換器和所述擴(kuò)展板，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出端連接所述擴(kuò)展板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置，其中，所述主板包括CPU和CPU周邊電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置，其中，所述CPU周邊電路包括SPI接口，所述模擬量采集單元通過該SPI接口與所述CPU電氣連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置，其中，所述CPU周邊電路包括分別與CPU接口電氣連接的GP1接口、SPI接口、存儲(chǔ)單元、JTAG單元、通信接口和總線接□。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置，其中，所述存儲(chǔ)單元包括鐵電存儲(chǔ)器，所述通信接口 RS422接口和/或RS232接口，所述總線接口包括CAN總線接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置，其中，所述CAN總線接口包括第一 CAN總線接口 CANO和第二 CAN總線接口 CANl。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置，其中，所述CPU采用XC164單片機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置，其中，所述模擬量采集單元包括依次連接的電壓轉(zhuǎn)換單元、放大單元、跟隨器和采樣單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多路模擬量數(shù)據(jù)采集控制裝置，其中，所述電壓轉(zhuǎn)換單元包括采樣電阻，所述放大單元包括0P777芯片，所述跟隨器包括電壓跟隨器，所述采樣單元包括AD7856芯片。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK204009433SQ201420116812
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】袁皓, 張洪彬, 王磊, 關(guān)力, 彭鎮(zhèn), 宋建琦 申請(qǐng)人:北京航天發(fā)射技術(shù)研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院