应用领域：通信广电

方案类型：成品

主控芯片：24bitAD模块

方案概述

核心芯片型号：24bitAD模块

多通道数据采集器是针对强震动观测和地震预警研发的高速、低噪声数据采集器。它拥有2个独立的3通道传感器接口及背板扩展接口(可选)。支持AY-FBA3C2G传感器直连，经过线序转接可以适配绝大多数电压信号传感器。

内部集成数据采集记录单元、蓄电池、充放电控制、网络通讯传输单元。实现了数字化转换、供电、通讯的大集成，并可根据用户需要内置强震观测事件触发、地震烈度计算、地震预警等多种算法和处理程序。

数据采集器技术指标

1)供电

1.适配器输入： 8-18 V，DC

2.保险丝： 无需人工干预的自恢复保险丝保护

3.内置大电容，市点断后，能维持5分钟。

4.具有超低功率运行的电源管理功能

5.外接电池，在野外测量。

类型： 内置高效开关电源与电池充电系统

内置充电操作： 需要 15.5V, DC

外接电源模块： 输入: 100-250 V, AC 50/60 Hz; 输出:15.5 V,DC

内部电池充电器： 具备反向保护与过量放电修复功能的数字温度补

偿输出为全密封的铅酸电池(VRLA)充电

外接电池组： 外接全密封的铅酸电池组，可选配外接电池盒.

电流： ~145ma @12V (不包括传感器)

2)对外供电

给传感器供电15V

3)电磁兼容

设计的产品要有电磁兼容设计，特别是通信线的防雷设计。

4)数据采集

采用的24bitAD模块，SPI通信。

4/8个通道差分采集

可以设计成4路双端的，8路单端的

每通道均配置24 位Delta Sigma模数转换器

噪声低于0.001mV

采样率： 1, 10, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000 sps

5)状态传感器

这里的传感器用来监控环境的温度和湿度，这是数据采集器的辅助功能。并非指加速度传感器。

1.温度 2个， 低精度就可以 用arm芯片的AD采集

2.湿度 2个， 低精度就可以 用arm芯片的AD采集

6)传感器测试信号

为了测试震动传感器的好坏，通过软件命令数据采集器输出方波信号给加速度传感器，电压约为5V，可调节：ADS1256 可以ADCON输出测试信号

7)时间同步

操作系统和数据采集的时间同步：

1.NTP时间同步

2.GPS用于定位、和AD时间同步，GPS天线 。

8)LED

指示灯显示系统状态：检测到数据中有波动、系统有异常、。。

9)操作系统

Android+linux

10)系统软件功能

1.可以嵌入多个程序模块处理分析程序， 是Java的osgi框架、实在不行再采用工厂模式。

2.Web浏览器界面设置系统或处理程序的参数

3.FTP服务器和上传指定文件夹数据功能

应用场合与方案优势：

强震动观测和地震预警

方案图片：

多通道数据采集器

多通道数据采集器是USB接口数据采集产品，SZSC-16S为16通道，SZSC-32S为32通道，它们可与带USB接口的各种台式计算机、笔记本电脑、工控机连接构成高性能的数据采集测量系统。

系统结构

多通道数据采集器是由一个多路模拟开关、采样保持电路、可编程I/O通信接口μP 8255及Z80微型计算机等组成。

工作原理

由微型计算机通过可编程I/O通信接口μP 8255的C通道及16通道译码器T333来控制多路模拟开关的接通与断开。当某一路模拟开关被软件选通时，输入的模拟信号就通过此开关加到采样保持器上。采样保持电路把输入信号的某一瞬时值记录在保持电容器上，以便提供给A/D转换器进行编码。时钟信号在打开采样保持开关的同时，经单稳(74123)延迟整形后，变成1μs宽度的脉冲，加到A/D转换器ADC-80AG-12上，作为起动转换的脉冲。在数据采集器中，要求采样时钟脉冲很稳定，故可使用1MHz的石英晶体振荡器，经分频后得到不同的采样频率。

ADC-80AG-12是一个12位的逐次逼近式的A/D转换器。它在起动转换脉冲的驱动下，转换一组数据需要25μs的时间。ADC-80AG-12转换结束后，就由其EOC状态端给出一个低电平的状态信息，以示转换结束了。把这一状态信息直接连接到μP 8255的PCO端。微型计算机用软件来询问PCO是否为低电平，当它得到的回答是低电平时，微型计算机就通过μP 8255的A通道及B通道来取数。由于通常使用的是8位Z80微型计算机，所以对于一个连同符号为12位的A/D转换器的数据，要分两次输入微型计算机的CPU内。这样，微型计算机通过μP 8255的B通道的高4位取走数据的低4位，再通过A通道取走数据的88位。数据的最高位是符号位，这可通过软件从PA7的最高位来判断数据的正负号。取进内存的二进制数据可通过软件转换成十进制数据，从而在显示器上显示出来。也可用BASIC语言或汇编语言将数据放入内存中，以便作信号的实时分析和处理。

系统软件

多路数据采集器在微型计算机的控制下，通过软件程序来进行工作。先送控制字以及通道编码，然后，判断状态，询问ADC-80是否被转换完毕，当已转换完时，就从A通道、B通道采集数据，然后进行数据处理或屏幕显示。

下面讨论在软件程序的控制下，如何进行通道选择，数据的高速采集、低速采集与实时处理，以及数据的存储问题等。

中断处理

Z 80-PCU有三种屏蔽中断方式，即方式0、方式1和方式2，而其中方式1使外部设备的中断逻辑最简单。这种方式是PCU自动转向ROM中的0038H单元，我们可以利用方式1来进行系统的相对中断处理。具体的分三种情况讨论：

(1)最简单的方法是不用扩展接口，因为在微型计算机与外部设备相连时，只需要外部设备产生中断，而在内存0038H单元中存有一条转移指令转移到4012H。如果扩展接口，则它的实时钟就使用了中断方式1工作。如果不用扩展接口，则这样的实时钟就不存在，在4012H单元存放一条转移到相应程序上去的指令。例如JRPROC，而PROC代表中断处理程序的标号。

(2)利用实时钟的中断与外部设备进行通信实时钟每25ms中断一次，可以利用它作为采样频率。它的中断程序中用询问方式与外部设备进行通信联系。在低速的采样或过程控制时，可利用这种方法来工作。

(3)既要对实时钟进行中断处理，又要对其他外部设备进行中断处理。这对于一些不存在中断优先级硬件的微型计算机来说，所有中断申请都是同级的。因此CPU在一个时刻只能响应一个中断申请，一旦中断响应了，便自动关闭中断。我们可以对每一个外部设备都设置状态位，并锁存起来，以便检查是哪一个外部设备来的中断申请。找到某一个外部设备来的中断，便转到该外设的中断服务程序去执行。

上述三种中断方式各有各的优点，在实际应用中，可以根据具体情况来进行选择。

USR函数的分支

在Z 80微型计算机中，若不用磁盘BASIC，而在LEVELI BASIC控制下，可用USR函数调用汇编语言写的分程序，但只能调用一个。而在实际处理中，由于主机与几个外设交换信息，例如，数据采集器、模拟磁带机等等。这样在BASIC主程序中，就需要几个不同功能的汇编语言的分程序。

基本的采样程序

多路数据采集程序中采用一个数据的流程中，因为ADC-80转换后的数据以偏移二进制码形式表示，因此要把它变为相应的二进制码。

芯片μP8255有四个地址，除了一个作为控制字的输入口以外，还有A、B、C三个口地址作数据输入输出。它们的地址设置，分别取0F8H~0FBH。我们把A口和B口作为A/D转换后的数据输出，而C口的高4位作为通道选择的输入。这样最多可以选择16通道。C口的低4位作为状态输出。

SZSC-N多通道数据采集器

北京声振研究所的SZSC-N多通道数据采集器是USB接口数据采集产品，SZSC-16S为16通道，SZSC-32S为32通道，它们可与带USB接口的各种台式计算机、笔记本电脑、工控机连接构成高性能的数据采集测量系统.。该产品采用美国新型16位A/D转换芯片，设计讲究，测量精度高，速度快，编程简便，且具有USB设备体积小巧，连接方便，无需外接电源，即插即用，可带电拔插等特有优点。可广泛应用于科学实验，工业测量控制领域。

主要功能及特点

1.分辩率：16bit;

2.16或32模入通道;

3.实用最高采样频率：100KHz(或200KHz);

4.带有程控放大器，方便测量小信号;

5.任意设定采样通道数, 各通道自动扫描采集;

6.32KB先进先出(FIFO)缓冲存储器, 可实现自动数据块采集;

7.软件或定时器触发采样, 可任意设定采样频率;

8.3～16路数字量I/O;

9.可连续大数据量采集;

10.带DC/DC隔离电源， 精度稳定;

11.便携式，方便使用;

12.丰富的软件支持。

技术指标

1.A/D部分：

分辩率：16bit

精度：优于0.02%(满量程)

最高实用采样频率：100KHz,(或 200KHz )

模入通道：16或32 单端

模入范围： ±5V，±10 V

程控增益：1、2、4、8、16倍(可扩展到32、64、128、256倍)

输入阻抗： >100MΩ

触发方式：定时器触发， 软件触发

FIFO存储器: 32KB

2.数字量I/O：

数字量I/O：3路(可扩至16路)

可编程输入或输出

TTL电平兼容

3.定时计数器：

3通道可编程定时计数起器(8254)

字长：16bit

卡上时钟： 6MHz

应用

在现有的农田数据采集器产品中，最突出的就是数据采集器对农田信息传感器的局限性。针对农田数据采集器所存在的问题，设计了一种多通道数据采集器。它可以同时采集7路电压(0~5V)或者电流信号(0~20mA)，一路弱小电压信号(mV)，以及两路数字信号，电压与电流信号可以通过外部的转换开关来选择。数据采集器采用CF卡(Compact Flash Card)作为存储器，它不但储存量大、体积小、掉电数据不丢失，而且可以灵活导出数据，携带方便。另外，数据采集器还利用现有的高新技术，使得数据能够无线传输给外部设备，从而做到了数据的双重备份。数据采集器还带有键盘和液晶显示，完成一些参数的设置，实现人机交互的作用。[2]

多通道数据采集器、土壤水分传感器和土壤水分含量数据采集通讯软件三部分可组成实时土壤水分测定仪。

24bitAD采集芯片AD7760的使用

AD7760是一款高速24bitAD采集芯片，采样率为78.125k-2MHz，在78.125k采样率下的动态范围120dB。我用cyclone3 FPGA控制，由于AD7760采用2.5V数字供电，故使用2.5V电源作为该FPGA bank的供电电源。

芯片电源很多，尽量按照期间手册和参考电路板上的要求供电、布线(磁珠，三端电容器尽量按照手册要求)，一定要用干净的模拟电源供电，芯片底部有接地焊盘，手工焊的话可以在底部打大点的孔，从底部补上锡就行了。

看器件手册好像时钟抖动要求比较高，之前一直比较怀疑我的电路，后来发现担心是多余的，用40M的有源晶振和一个与门就OK了，时钟质量很好。

AD7760输入为查分信号，所以，一般调理后的单端信号，要通过AD8021进行单端转查分，否则会影响信号质量。而且AD8021周围的元件参数一定要非常精密，0.1%。

ADI官方有相应的Verilog例程，拿过来就可以用，上层的控制逻辑可以根据需要精简一下。实际测了一下采集精度，用signal stap II抓数据看了一下，在78.125k采样率下，基本能保证18位多的采集精度，虽然和器件手册上说的120dB有2bit的差距，但在如此高采样率下已经相对比较理想了。

AD采集模块和Nios II CPU的接口采用FIFO，CPU读取FIFO的数据，做一些校准、波形显示，FFT变换之类的工作。同时AD采集模块的数据经过FIFO送至USB控制模块，将高速数据直接发送至PC机(这一模块块尽量避免使用CPU，否则会大大加重CPU的负担)。CPU仅仅用来配置USB通道和发送很少的校准数据。

AD7760比较好的一个功能就是内部集成了FIR滤波器，用户可以根据需要配置滤波器的参数，比如高通、低通、带通滤波器，这一功能比较高级，目前还没试。我的想法是在下面计算好一些滤波参数，根据不同的需要选择相应的滤波器参数下载进去。这样会取得更好的数据精度。