[发明专利]一种多通道的高精度传感器采集系统及其频率测量方法

说明书

本发明公开了一种多通道的高精度传感器采集系统及其频率测量方法，该传感器采集系统包括24位的电压计、32位的频率计、处理器模块、串口通信模块以及电源模块；所述32位的频率计采用运算放大器匹配三路放大器作波形转换器，用于测量传感器的频率输出；所述24位的电压计采用了24位的四通道AD转换器，用于测量传感器的电压输出，处理器模块对测得的电压和频率数据进行处理和打包，串口通信模块将数据发送给上位机，电源模块提供其他模块的工作电压以及参考电压。本发明针对多轴加速度计和陀螺仪设计，与传统电压计、频率计相比，具有极高的精度和最佳的测量速度，并且体积小、功耗低、集成度高、便于携带，可满足高精度惯性导航的需求。

技术领域

本发明涉及一种多通道的高精度传感器采集系统及其频率测量方法，属于电子技术、嵌入式技术、以及上位机技术。

背景技术

微机械惯性传感器是一种测量物体运动状态的惯性传感器，有着体积小、功耗低、成本低、抗过载能力强、动态范围大、可集成化等优点。当前，惯性传感器往往包含了三轴陀螺仪和三轴加速度计，具有同时测量三个方向加速度和三个方向角速度的功能。由于加速度计和陀螺仪根据微结构和工作原理的不同，有输出电压和输出频率两种模式。因此，惯性传感器需要能同时测量多个通道信号频率和电压的采集系统，即一种多通道的传感器采集系统。

传统多通道传感器采集系统，没有针对惯性传感器优化，采集速度较快，但是采集精度较低。而惯性传感器通常不需要较快的采集速度，但是需要极高的采集精度。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种多通道的高精度传感器采集系统及其频率测量方法，可以采集四路电压信号，并且采用自适应的等精度频率测量法，能根据被测信号频率自动调整门控时间，达到最佳的测量精度和测量速度。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种多通道的高精度传感器采集系统，包括24位的电压计、32位的频率计、处理器模块、串口通信模块以及电源模块；所述32位的频率计采用运算放大器匹配三路放大器作波形转换器，用于测量传感器的频率输出；所述24位的电压计采用了24位的四通道AD转换器，用于测量传感器的电压输出，处理器模块对测得的电压和频率数据进行处理和打包，串口通信模块将数据发送给上位机，电源模块提供其他模块的工作电压以及参考电压。

所述的多通道的高精度传感器采集系统，所述32位频率计包括四个测量通道，每个测量通道由一个正弦转方波模块和一个计数器模块组成，每个所述的正弦转方波模块包括幅值放大电路、幅值比较电路、电压抬升电路。

所述的多通道的高精度传感器采集系统，所述幅值放大电路包括第一运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3，其中第一电阻R1一端与第一运算放大器U1正端连接，第二电阻R2一端与第一运算放大器U1反端连接、另一端接地，第三电阻R3一端与第一运算放大器U1反端连接、另一端与第一运算放大器U1输出端连接。

所述的多通道的高精度传感器采集系统，所述幅值比较电路包括三线放大器U2、3.3V直流电电源和地，其中三线放大器U2的1和16脚接3.3V直流电电源、11脚接地，三线放大器U2的5脚接入幅值放大器中电子R3，三线放大器U2的3脚接电压抬升电路中R4。

所述的多通道的高精度传感器采集系统，所述电压抬升电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D1，其中电阻R4一端接所述三线放大器U2的3脚，电阻R5一端接电阻R4、另一端接3.3V直流电电源，电阻R6一端接电阻R4，另一个接地，二极管D1正极接电阻R4，负极为输出端，接计数器。