[实用新型]一种基于MCU的微型数据采集系统

说明书

技术领域

本实用新型属于电力电子检测应用技术领域，尤其涉及一种基于MCU的微型数据采集系统，该采集系统采用串行接口的FLASH储存方式大幅提高读写速率，有效增加系统可靠性，降低系统体积。

背景技术

随着计算机的广泛应用和电子技术的发展，数字技术被广泛应用于国民经济、国防建设与科学实验等各个领域。和模拟系统相比，数字系统有精度高、稳定性好等一系列优点，但有个缺点就是其只能处理离散信号。外界各种被检测量如温度、压力、位置等，要通过各种类型传感器转换成电压、电流等物理量。因为大部分传感器输出物理量为模拟量，应而需要转换为数字信号才能被控制器处理。

随着工业现场控制对参数实时性要求的提高，人们对数据采集及存储系统的精度、容量、功耗及抗干扰性等都有了更高的要求，因此各种高性能MCU及外部存储器纷纷出现。随着SOC(system on chip)技术的发展，越来越多地要求将各种功能集于一体，一些知名厂商纷纷推出嵌入式SOC芯片。将A/D，D/A功能集成在MCU上，其最大优点是简化了系统外围电路设计，降低系统功耗，系统体积大大缩小。数据存储方式主要有并行存储和串行存储。并行存储较为简单，只是需要较多的数据线与地址线，还可能要加锁存器，使系统连线变得复杂，传输数据的各个位必须处于一个时钟周期内的相同位置，频率越高，对器件的传输性能和电路结构要求越严格，系统设计难度加大，系统成本提高，可靠性降低。现在越来越多的使用串行方式存储数据。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本实用新型的目的在于，提供一 种基于MCU的微型数据采集系统，本实用新型的数据采集系统结构简单、节能低耗，采用串行接口的FLASH储存方式大幅提高读写速率，有效增加系统可靠性，降低系统体积，同时实现USB通讯和基于Labview的图形化数据显示。

为了实现上述任务，本实用新型采用如下的技术解决方案：

一种基于MCU的微型数据采集系统，其特征在于，包括信号预处理电路、电源及监测电路、A/D转换、微处理器MCU、外部存储器和数据通讯接口；被测信号通过信号预处理电路和A/D转换输送到微处理器MCU，所述的电源及监测电路与信号预处理电路、A/D转换和微处理器MCU相连，电源及监测电路为系统提供+3.3V稳定工作电压，所述的外部存储器与微处理器MCU相连，所述的微处理器MCU通过数据通讯接口与上位机相连；所述的微处理器MCU采用C8051F系列单片机作为核心处理器，完成对被测信号处理、转换和采集；所述的外部储存器采用带SPI接口的外部存储器。

该基于串行储存方式的微型数据采集系统中的信号预处理电路包括LM2904型双运算集成放大芯片、1kΩ电阻(R1)、91kΩ电阻(R4)、0.001nF电容(C4)和10μF电容(C2)，所述被测信号通过1kΩ电阻(R1)与运算放大器LM2904的正相输入端(4)连接，所述运算放大器LM2904的反相输入端(3)通过91kΩ电阻(R4)与运算放大器LM2904的输出端(1)相连，所述的0.001nF电容(C4)与91kΩ电阻(R4)并联，所述的LM2904的输出端(1)通过10μF电容(C2)与A/D转换接口Vout相连。

本实用新型的有益效果是：

传感器输出的检波信号的变化量一般为10mV～50mV，在进行信号处理前必须将信号加以放大，这样才有利于进行信号处理；隔直分压电路将检波电压信号的直流分量虑去，并将信号的静态工作电平控制在2V左右，使其低于微控制器管脚所能承受的最大电压，保证处理器的正常工作。LM2904是一种双运算集成放大电路，能工作在高达32V宽电压范围，其直流电压增益为100dB，增益带宽积为1.1MHz。LM2904运算放大器采用单电源供 电，VCC为电源适配器提供的15V电压，VDD是C8051F340的工作电压3.3V，Vin为检波电压的信号输入接口，Vout为经过信号预处理以后的输出信号。

信号预处理电路采用LM2904构成同相比例放大运算电路，输入电压通过电阻R1作用于LM2904的正相输入端，故输出电压与同相。电阻R4跨接在LM2904的输出端和反相输入端，引入了电压串联负反馈。反相输入端通过电阻R3接地，R3为补偿电阻，以保证LM2904输入级差分放大电路的对称性。