[发明专利]一种多功能数据采集卡及测量方法

权利要求书

1.一种多功能数据采集卡，由通信接口电路(1)、微控制器(2)、模数转换器(3)、可编程放大器(4)、测量类型切换模块(5)和输入选择继电器模块(6)组成；

所述通信接口电路(1)包括隔离电路(11)和电平转换电路(12)，通信接口电路(1)连接微控制器(2)的数字通信接口；

所述微控制器(2)的通用数字输出引脚连接可编程放大器(4)、测量类型切换模块(5)和输入选择继电器模块(6)的控制端，微控制器(2)的串行外设接口SPI与模数转换器(3)的数字接口连接，此外微控制器(2)还与通信接口电路(1)连接，信号为双向传输；

所述模数转换器(3)的输入端接可编程放大器(4)的输出端，模数转换器(3)的数字接口接微控制器(2)的串行外设接口SPI；

所述可编程放大器(4)的输入端接测量类型切换模块(5)的输出端，可编程放大器(4)的输出端接模数转换器(3)的输入端，可编程放大器(4)的控制端接微控制器(2)的通用数字输出引脚；

所述输入选择继电器模块(6)的输入端分别接外部待测信号和校准信号，输入选择继电器模块(6)的输出端接测量类型切换模块(5)的输入端，输入选择继电器模块(6)的控制端接微控制器(2)的通用数字输出引脚；

所述测量类型切换模块(5)由两片8通道的电子开关(51)和(52)组成，测量类型切换模块(5)的输入端接输入选择继电器模块(6)的输出端，测量类型切换模块(5)的输出端接可编程放大器(4)的输入端，测量类型切换模块(5)的控制端连接微控制器(2)的通用数字输出引脚；

所述继电器模块(6)由三个双刀双掷继电器及驱动电路组成，继电器Relay1和Relay6联动，共用一个双刀双掷继电器；Relay1的常闭端接电流激励，常开端接电压激励；Relay6的常闭端悬空，常开端接地；继电器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5联动，采用两个双刀双掷继电器，继电器常闭端接采集端，常开端接校准端；

其特征在于,所述多功能数据采集卡的测量方法，包括如下：

A、当测量电压时，按以下步骤进行测量：

1、电压信号的正负极分别接到连接器J2的2#和3#引脚；

2、继电器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接采集端，Relay1和Relay6脚接常闭端；

3、电子开关K7、K8、K11闭合，其它开关断开，其中开关K11支路提供偏置回路；

4、此时，外部输入的最大±10V的电压可由测量类型切换模块进入可编程放大器，并由可编程放大器衰减至模数转换器可测量的范围，完成测量；

B、当测量电流时，若外部电流信号有负极，按以下步骤进行测量：

1、电流信号的正负极分别接到连接器J2的2#和3#引脚；

2、继电器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接采集端，Relay1和Relay6脚接常闭端；

3、电子开关K12、K13、K14、K15闭合，其它开关断开；

4、此时，电流从信号正端流入，先后经过Relay3、K12、取样电阻R2、K14、Relay4后从信号负端流出，电流流过取样电阻R2形成的电压经过开关K13、K15到达模数转换器的输入端，完成测量；

若外部电流信号无负极，按以下步骤进行测量：

1、电流信号的正极接到连接器J2的2#引脚；

2、继电器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接采集端，Relay1和Relay6脚接常闭端；

3、开关K12、K13、K14、K15、K16闭合，其它开关断开；

4、此时，电流从信号正端流入，经过Relay3、开关K12、取样电阻R2后由开关K16流到地回路中，电流流过取样电阻R2形成的电压经过开关K13、K15到达模数转换器的输入端，完成测量；

C、当测量三线制热电阻时，按以下步骤进行测量：

1、热电阻两端分别接到连接器J2的2#和3#引脚，公共端接连接器J2的4#引脚；

2、继电器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接采集端，Relay1和Relay6脚接常闭端；

3、电子开关K4、K5、K6闭合，其它开关断开；

4、打开两路经过匹配的镜像激励电流I1和I2；

5、此时，电流I1和I2分别从连接器J2的2#和3#引脚流过待测热电阻，由连接器J2的4#引脚经过开关K6流过参考电阻R1流到地回路中；热电阻上的电压信号通过K4、K5进入模数转换器的输入端；开关K6为激励电流提供偏置回路，并在电阻R1上形成电压降，作为模数转换器的参考电压，采用比例法完成热电阻的测量；

D、当测量四线制热电阻时，按以下步骤进行测量：

1、热电阻分别接到连接器J2的1#、2#、3#和4#引脚；

2、继电器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接采集端；

3、电子开关K4、K5和K6闭合，其它开关断开；

4、关闭激励电流I1和I2，打开激励电流I3；

5、此时，电流I3先后经过Relay1、Relay2、热电阻、Relay5、K6和电阻R1，最后流到地回路中；热电阻上的电压信号通过K4、K5进入模数转换器的输入端；开关K6为激励电流提供偏置回路，并在电阻R1上形成电压降，作为模数转换器的参考电压，采用比例法完成热电阻的测量；

E、当测量热电偶时，按以下步骤进行测量：

1、热电偶的两端分别接到连接器J2的2#和3#引脚，冷端热电阻的两端分别接到连接器J1的1#和2#，公共端接到连接器J1的3#引脚；

2、继电器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接采集端，Relay1和Relay6脚接常闭端；

3、电子开关K4和K5闭合，其它开关断开，关闭激励电流I1和I2，测量热电偶的输出值；

4、电子开关K1、K2、K3闭合，其它开关断开，打开激励电流I1和I2，测量方法与C项三线制热电阻测量方法一致，测量冷端的温度；

5、利用微控制器进行冷端补偿计算，完成热电偶的测量；

F、当测量电阻桥路传感器信号时，按以下步骤进行测量：

1、传感器的激励正端接连接器J2的1#引脚，激励负端接连接器J2的4#引脚，信号正端接连接器J2的2#引脚，信号负端接连接器J2的3#引脚；

2、继电器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接采集端，Relay1接电压激励端V，Relay6接地端；

3、开关K7和K8闭合，其它开关断开；

4、此时，传感器输出信号可经过电子开关K7和K8后进入可编程放大器放大至模数转换器可测量的范围，完成测量。

2.根据权利要求1所述的一种多功能数据采集卡，其特征在于：还包括当进行在线校准时，只需将继电器Relay2、Relay3、Relay4、Relay5接校准端，标准信号由校准端引入，其他开关的开合状态跟上述A～F项所述一致即可。