专利名称：总线微弱信号检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及总线微弱信号检测仪，属于微弱信号检测技术领域。
背景技术：
现场总线与工业网络技术是现代自动控制技术和信息网络技术相结合的产物，是下一代自动化设备的标志性技术，是改造传统工业的有力工具，同时也是信息化带动工业化的重点方向。目前，国际上有关的许多著名制造企业都注重现场总线与工业以太网络技术在其主导产品中的应用，国际上也涌现出多家著名现场总线与工业以太网络技术供应商。国内对现场总线与工业以太网络技术的需求也日益增加，在石油、化工、冶金、电力、机械、交通、建材、楼宇管理、现代农业等领域和许多新规划建设的项目都需要现场总线与工业以太网络技术支持。因此总线微弱信号检测是现代自动控制技术亟待解决的问题。微弱信号不仅信号的幅度很小而且淹没在噪声中的信号，微弱是相对于噪声而言的，为了检测微弱信号，人们进行了长期的研究工作，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点、相关性及统计特性，以寻求从背景噪声中检测出微弱信号的方法和技术。 在低信噪比条件下如何正确的提取微弱信号一直是雷达、声纳、语音和通信的等领域信号处理所关心的问题。微弱信号检测方法的首要任务是提高信号的信噪比，这就要综合运用计算机技术、制动控制技术、通信技术、电子技术以及物理技术等相关技术，以便从强干扰噪声中检测出微弱信号，从而满足科研和技术开发的需要；微弱信号检测方法不同于一般的检测技术，它注重的不是传感器的物理模型和传感原理、相应的信号转换电路和仪表实现方法，而是如何抑制噪声和提高信噪比，微弱信号检测方法是一门专门的检测方法。对于各种总线微弱信号的检测，如弱光、微流量、弱电压等，一般都是通过相应的传感器将其转换为微电流或低电压，再经放大器放大其幅度以期指示被测量的大小。但是， 由于被测信号微弱，传感器的本身噪声、放大电路及测量仪器的固有噪声以及外界的干扰噪声会比有用微弱信号的幅度要大，放大微弱信号的同时噪声信号的幅度也同时放大，例如放大器的内部固有噪声和外界各种干扰的影响单凭放大时不能把微弱信号检测出来，只有在有效的抑制干扰信号的同时增大微弱信号幅度，这样才能提取出有用信号。为了提取出微弱信号，科研工作者必须研究微弱信号的理论、方法、设备。
发明内容为了达到上述目的，本实用新型的目的在于提供总线微弱信号检测仪；本实用新型针对低频微弱信号检测困难、准确度不高等问题综合多种相关检测与滤波技术，创造性的采用嵌入式系统设计方法以及精密仪器设计技术研制出微弱信号检测装置，实现了在强噪音和干扰条件下对低频微弱电压信号的精确测量装置。[0009]本实用新型由硬件控制系统和软件控制系统组成；硬件控制系统由测量电路系统和计算机控制系统组成；软件控制系统由D0S6. 22操作系统，C语言程序系统和编译器组成。刻度盘上有指针，指示灯连接开关灯，开关灯连接开关。本实用新型的硬件控制原理通过放大模块把微弱信号放大，微弱信号放大后经过滤波器和相关检测，实现整机通讯、键盘输入、数据处理和结果显示。硬件设计是基于DSP的嵌入式系统平台，基于CPLD的逻辑控制模块，A/D转换电路，开关量输入测量电路，开关量输出控制电路，信号调整电路，液晶平板显示，功能控制键和复位键八大功能部分组成。逻辑控制模块主要完成对DSP系统发出指令的译码，产生各种控制信号和片选信号，转换数据线，以及读取开关量。A/D转换部分完成对所需测量的电压信号的信号调理，模/数转换盒数据锁存功能，供计算机对采集的数据进行读取。液晶平板显示器完成数据，测试结果和各种状态等的面板显示。复位键实现整个系统的强制复位。嵌入式系统平台采用基于DSP和CPLD的嵌入式系统硬件平台，3. 5寸液晶显示屏和功能键盘和外围设备一起构成一套完整的计算机控制系统，用于整机自动测量与控制、数据处理、程序与校准因子的存储，功能参数设置及测量结果的显示，实现整个测量过程全制动化。CPLD采用ALTERA公司的EM7160SLC84-15，该器件容量大、速度快、IO资源丰富、开发设计与分析仿真工具完备，可满足系统功能的各项需求，以Max+plusII软件为设计平台， 采用VHDL语言实现逻辑控制模块的整体设计。A/D转换模块采用2片24位A/D采样芯片AD7711同步采样。数字信号输入/输出控制模块利用可编程器件的大容量和强大驱动能力，将数字信号的输入/输出模块直接在EPM7160S内实现，由74M4b将外部的数据信号读入数据总线，获得外部输入信号的数据Din [8···. 1]；由74373将输出控制信号Dout [32··· 11]进行锁存，保持控制信号和设置状态的稳定，通过输出相应的数字电平信号来驱动所需控制的模拟开关，其读写片选逻辑信号由前面介绍的逻辑控制模块产生。本实用新型软件方案软件运行环境选用D0SA6. 22操作系统，编译系统为嵌入式 TurboC2. 0,使用C语言编写程序，显示输出模式为图形模式。

图1是本实用新型结构简图；图2是本实用新型的硬件控制系统原理框图。图中1、指针，2、刻度盘，3、指示灯，4、开关灯，5、开关。
具体实施方式
本实用新型刻度盘2上有指针1，指示灯3连接开关灯4，开关灯4连接开关5。本实用新型的硬件控制机制数字电路和模拟电路采用各自独立设计，两部分用 25芯连接线连接；通过控制与采集模块完成对程控放大器与滤波器、参考信号通道、信号处理通道、校准信号源、数据采集卡、液晶显示屏、功能控制键盘的制动控制。为减少各部间内部相互干扰和各部件之间的相互干扰，本仪器进行了合理设计，对各组件进行了严格的屏蔽，图1是本实用新型结构简图。仪器功能(1)电压测量测量量程范围内的交流电压。 (2)自动控制仪器的各项功能与操作均能实现计算机内部和外部控制，能够与其它设备一起组成自动测量系统。(3)校准信号提供仪器本身所带的高精度衰减器进行衰减后分别输给仪器和被检测仪器，实现对仪表的计量校准。(4)自校通过对校准信号的校准，对各量程自动产生校准因子，并按照实验所得数学模型对测量结果进行自动修正。自动测量的功能(1)两路正交交流信号的高精度A/D转换及测量被测微弱正弦波信号由相关检测电路检测出的同相分量和正交分量幅度范围是一-5V—5V。(2) 32路开关控制输出4路增益控制，1路放大器接入控制，4路高通滤波器控制，4路低通滤波器控制，5路时间常数控制，8路校准信号幅度控制，1路校准输入控制，3路衰减器选择控制。 (3)面板显示测试数据，测试结果机工作状态等。总体硬件设计根据整机设计要求以及本仪器对数据处理要求高、需要完成的功能多和控制关系复杂等特点，数字部分硬件设计方案原理完成对模拟信号进行放大，衰减， 滤波及相关检测功能的实现，数字与模拟电路的接口信号由左边的输出或输入信号组成， 完成整机的通讯，键盘输入，控制，数据处理和结果显示功能。硬件设计是基于DSP的嵌入式系统平台，基于CPLD的逻辑控制模块，A/D转换电路，开关量输入测量电路，开关量输出控制电路，信号调整电路，液晶平板显示，功能控制键和复位键八大功能部分组成。逻辑控制模块主要完成对DSP系统发出指令的译码，产生各种控制信号和片选信号，转换数据线，以及读取开关量。A/D转换部分完成对所需测量的电压信号的信号调理， 模/数转换盒数据锁存功能，供计算机对采集的数据进行读取。液晶平板显示器完成数据， 测试结果和各种状态等的面板显示。嵌入式系统平台采用基于DSP和CPLD的嵌入式系统硬件平台，3. 5寸液晶显示屏和功能键盘和外围设备一起构成一套完整的计算机控制系统， 用于整机自动测量与控制、数据处理、程序与校准因子的存储，功能参数设置及测量结果的显示，实现整个测量过程全制动化。CPLD采用ALTERA公司的EM7160SLC84-15，该器件容量大、速度快、IO资源丰富、开发设计与分析仿真工具完备，可满足系统功能的各项需求，以 Max+plusH软件为设计平台，采用VHDL语言实现逻辑控制模块的整体设计。A/D转换模块采用2片M位A/D采样芯片AD7711同步采样。数字信号输入/输出控制模块利用可编程器件的大容量和强大驱动能力，将数字信号的输入/输出模块直接在EPM7160S内实现，由74M4b将外部的数据信号读入数据总线，获得外部输入信号的数据Din [8…· 1]；由74373将输出控制信号Dout [32··· 11]进行锁存，保持控制信号和设置状态的稳定，通过输出相应的数字电平信号来驱动所需控制的模拟开关，其读写片选逻辑信号由前面介绍的逻辑控制模块产生。输出隔离模块为了防止后级电路对数字部分干扰， 所有控制信号经过光电隔离及必要的电流驱动，以驱动后续的控制执行电路。输入信号电压转换电路输入的信号/空(地)信号的输出形式不同，且由于其负载能力等问题，必须进行一定的信号处理后才能送到光电隔离电路进行信号变换，为此在电路中对所有的信号全部通过输入缓冲电路，主要目的是提高其输入阻抗，同时达到信号电平变换目的。经过信号调理后的电路送入光电隔离电路进行信号电平变换，将模拟电平变换为TTL电平信号。软件设计软件运行环境选用D0SA6. 22操作系统，编译系统为嵌入式TurboC2. 0，使用C语言编写程序，显示输出模式为图形模式。本实用新型采用嵌入式系统软硬件协同设计、仪器自校准设计和超低音前置放大设计，大幅度提高了抗过载能力和测量灵敏度，通过优选和精确定制电子元器件、基于DSP的高性能数据采集与处理、幅频曲线拟合、误差补偿以及量程自动校准等方法，提高了测量精度和稳定性，扩展了工作频率。本实用新型采用两级分压、 优化设计、合理屏蔽接地等技术解决了纳伏级低频微弱电压信号产生的难题，使装置具备校准微弱电压信号源和测量仪表的能力。该标准装置解决了总线微弱电压信号测量仪表的量值溯源缺乏标准设备的问题，实现了总线交流小电压计量标准量程和频段向低端大幅延伸，该装置可用于低频微弱电压测量仪器的检定或校准。该装置能够取得显著的经济效益并具有广阔的应用前景。
权利要求1.总线微弱信号检测仪，由硬件控制系统和软件控制系统组成，其特征在于刻度盘 (2)上有指针(1)，指示灯(3)连接开关灯(4)，开关灯(4)连接开关(5)。
专利摘要本实用新型涉及总线微弱信号检测仪，属于微弱信号检测技术领域。总线微弱信号检测仪，由硬件控制系统和软件控制系统组成，其特征在于刻度盘(2)上有指针(1)，指示灯(3)连接开关灯(4)，开关灯(4)连接开关(5)。
文档编号G01R19/25GK202331431SQ20112009712
公开日2012年7月11日 申请日期2011年4月6日 优先权日2011年4月6日
发明者房刚 申请人:大连金冠霖科技有限公司