一種通用型多路數據采集傳輸終端的設計與實現（少147頁　）

李偉康　劉延飛　王藝輝　嚴恬甜

摘要：各種專用非電量測量終端接口繁多，互不兼容，成為廣泛應用的瓶頸。研究了一種多路數據采集傳輸終端，采用模塊化通用化設計思路，實現對各種不同電壓范圍的模擬信號輸入、脈沖輸入和數字量輸入的測量，通過有線或者無線方式傳輸至上位機。經實驗驗證系統工作穩定，通用化好，適合廣泛應用。

關鍵詞：多路數據采集;STM32;隔離輸出;模塊化設計

中圖分類號：TP274.2

文獻標識碼：A

DOI：10. 15913/j .cnki.kj ycx.2019.08.062

目前在對輻射、溫度、濕度、壓力、氣體濃度、光照、振動和聲音強度等環境信息的獲取上，有大量各類數據采集傳輸終端，但設計專用性強，互相不連通，應用性差。本文設計的系統有效解決了對多路信號、多種信號同時采集測試的問題，實現了數據采集系統的通用化。針對不同范圍的模擬信號電壓，系統可實現采集誤差都較小的采集和傳輸，接口一致，有線無線通訊均可。

1 系統硬件設計方案

系統總體框架如圖1所示，主要包括上位機部分和下位機部分（數據采集終端），其中，下位機含有模擬信號采集模塊、脈沖信號采集模塊、隔離輸出模塊、微處理器核心板等模塊。模塊之間通過插接的方式進行連接，這樣既有利于排查故障，也有利于系統的整體綜合設計。

1.1 模擬信號采集模塊設計

模擬信號采集電路的設計是要實現對多路模擬信號的同時高精度采集。ADS1256模擬信號采集模塊原理如圖2所示。原理圖主要包括多路信號輸入濾波電路、ADS1256芯片、連接端口電路。圖2中ADS1256芯片可完成八路模擬信號單路輸入或者四路差分輸入測量。

1.2 脈沖測量模塊設計

脈沖測量采用一種微處理器控制TDC-GP2芯片完成。脈沖信號的測量主要完成對脈沖上升沿時間和頻率的測量。利用微處理器產生兩路參考信號DACI和DAC2，經放大電路放大（AD823芯片）后輸入至高速精確比較電路（ TIV3501），與輸入的脈沖信號比較產生TDC-GP2芯片計算所需的輸入信號START和STOP。TDC-GP2處理輸出脈沖信號參數傳輸至微處理器，測量流程如圖3所示。

1.3 光耦隔離輸出模塊設計

光耦隔離輸出模塊主要包括光耦隔離電路。本課題選取6N137單通道高速光耦合器，隔離輸出原理如圖4所示。隔離輸出電路的輸入有差分輸入、共陽極輸入和共陰極輸入三種方式，輸入信號電壓范圍是3.3 - 24 V。輸出信號為NPN