一種高精度數據採集無線傳輸系統硬體電路的製作方法

2023-08-12 19:56:56

本發明涉及一種高精度數據採集無線傳輸系統硬體電路，適用於無線傳輸領域。

背景技術：

隨著社會的發展和工業技術水平的不斷進步，數據採集系統是工程測試系統中常用的環節，通常由信號調理、A/D轉換、數據存儲、數據分析、顯示等幾個功能模塊組成。然而，由於具體工況千差萬別，對數據採集系統的要求也各有不同，上述數據採集系統並不能滿足所有工程實踐的需求，在需要對運動構件上被測設備的振動量進行採集從而監測其運行狀況時，由於被測設備上的傳感器安裝位置不固定，使得用電纜直接引出信號變得很不可靠，甚至根本不可能，例如輸煤系統行動裝置和煉鋼廠的高爐上料小車等，此種特殊的工況複雜、採集困難的場合下，可採用高速單片機來構建數據採集無線傳輸系統，不但可解決信號採集和傳輸的困難，同時還具有體積小、功耗低、數據傳輸準確可靠、成本低廉等優點。

技術實現要素：

本發明提供一種高精度數據採集無線傳輸系統硬體電路，電路結構緊湊，速度快，穩定性好，體積較小，功耗低，數據傳輸準確可靠，成本低廉。

本發明所採用的技術方案是：

高精度數據採集無線傳輸系統硬體電路包括:單片機核心電路、A/D轉換電路、程控濾波電路、抗混疊電路。

所述單片機核心電路採用W77E58單片機，卓越的內部硬體結構和增強的數據傳輸處理功能，系統測試給定的技術要求以及實現較高速度的數據採集、數據無線傳輸、採用參數的查詢及保存等功能要求。

所述A/D轉換電路中，ADC的轉換精度決定了儀器的轉換精度，為了滿足對數據採集精度的要求，系統採用了BB公司的16位高精度轉換器ADS7805，ADS7805性價比高，連續兩次採樣僅間隔10s,最高轉換頻率可達100 kHz，晶片內部含有採樣保持、電壓基準和時鐘等電路，簡化用戶電路設計的同時提高了系統的穩定性，ADS7805功耗低(最大功耗為100mW，轉換精度高(最大線性誤差士3.0ISB,16位無誤碼)，信噪比低(20 kHz信號輸人最小信噪比為86db，轉換結果由16位數據線並行輸出，啟動轉換和讀取上次轉換的結果可同時進行。

所述濾波電路中，因為無線傳輸系統中處理的信號是模擬信號，所以濾波電路的設計選擇模擬濾波器來實現。模擬濾波器分為有源濾波器和無源濾波器。有源濾波器就是由運算放大器、電阻、電容組合而成，它在處理低頻信號(頻率在幾百KHz以下)時，濾波性能非常好；另一方面，由於受限於運放的帶寬，工作頻率並不高，而且存在失調和溫漂。而無源濾波器不僅能夠處理低頻信號還能處理高頻信號，寬帶範圍非常廣，因此選擇由R, C, L組合搭建的無源濾波器來完成信號的濾波。

所述抗混疊電路中，採集信號的混疊現象，硬體電路方面需進行高頻率抗混疊濾波；為便於改變截止頻率，在該環節中選用開關電容濾波器MAX293來設計濾波電路。該開關電容濾波器是根據開關電容電路的充放電過程進行模擬濾波，當電容進行開關時，電容充放電可等效為一個電阻，即開關電容電路可等效於一階有源低通濾波器，在離散化採樣前進行低通濾波可有效濾除產生幹擾的高頻成分。

本發明的有益效果是：電路結構緊湊，速度快，穩定性好，體積較小，功耗低，數據傳輸準確可靠，成本低廉。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的單片機核心電路。

圖2是本發明的A/D轉換電路。

圖3是本發明的濾波電路。

圖4是本發明的抗混疊電路。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1，單片機核心電路採用W77E58單片機卓越的內部硬體結構和增強的數據傳輸處理功能，系統測試給定的技術要求以及實現較高速度的數據採集、數據無線傳輸、採用參數的查詢及保存等功能要求。

如圖2，A/D轉換電路中，ADC的轉換精度決定了儀器的轉換精度，為了滿足對數據採集精度的要求，系統採用了BB公司的16位高精度轉換器ADS7805，ADS7805性價比高，連續兩次採樣僅間隔10s,最高轉換頻率可達100 kHz，晶片內部含有採樣保持、電壓基準和時鐘等電路，簡化用戶電路設計的同時提高了系統的穩定性.ADS7805功耗低(最大功耗為100mW，轉換精度高(最大線性誤差士3.0ISB,16位無誤碼)，信噪比低(20 kHz信號輸人最小信噪比為86db，轉換結果由16位數據線並行輸出，啟動轉換和讀取上次轉換的結果可同時進行。

如圖3，濾波電路中，因為無線傳輸系統中處理的信號是模擬信號，所以濾波電路的設計選擇模擬濾波器來實現。模擬濾波器分為有源濾波器和無源濾波器。有源濾波器就是由運算放大器、電阻、電容組合而成，它在處理低頻信號(頻率在幾百KHz以下)時，濾波性能非常好；另一方面，由於受限於運放的帶寬，工作頻率並不高，而且存在失調和溫漂。而無源濾波器不僅能夠處理低頻信號還能處理高頻信號，寬帶範圍非常廣，因此選擇由R, C, L組合搭建的無源濾波器來完成信號的濾波。

如圖4，抗混疊電路中，採集信號的混疊現象，硬體電路方面需進行高頻率抗混疊濾波;為便於改變截止頻率，在該環節中選用開關電容濾波器MAX293來設計濾波電路。該器是根據開關電容電路的充放電過程進行模擬濾波，當電容進行開關時，電容充放電可等效為一個電阻，即開關電容電路可等效於一階有源低通濾波器，在離散化採樣前進行低通濾波可有效濾除產生幹擾的高頻成分。