本發明涉及數據采集技術領域,具體地說是一種自適應數據采集系統。

背景技術：

數據采集系統是從數據源收集、識別和選取數據的過程，在智能控制中，數據采集系統作為測控系統不可缺少的部分,數據采集的性能特點直接影響到整個系統。在采集信號時，信號變化往往變化范圍比較大，然而現有的采集系統的放大增益固定，造成小信號采樣無法放大到合適區間的問題。

在現成應用中，供電端受外界電壓波動、電源雜波、負載變化等因素，影響采樣精度。

技術實現要素：

為克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種自適應數據采集系統，廣泛應用于溫度、壓力、流量和濕度等前端傳感器采集。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種自適應數據采集系統，其特征是：包括電源電路、CPU電路、校準電路、粗調放大電路、濾波電路、細調放大電路、AD轉換電路、預測電路和通信電路，所述電源電路為系統供電，采集的數據信號依次經過校準電路、粗調放大電路、濾波電路、細調放大電路和AD轉換電路，AD轉換電路與CPU電路用SPI總線連接，所述細調放大電路同時將信號傳給預測電路，預測電路連接CPU電路，CPU電路分別連接校準電路、粗調放大電路、細調放大電路和預測電路對信號進行反饋，控制校準電路、粗調放大電路、細調放大電路和預測電路相應支路的選通，重復調節，CPU電路將最終采集結果發送給通信電路。

優選地，所述電源電路提供+5V、-5V、+3.3V、+5V四路電壓，所述校準電路包括電子開關，電子開關的通斷受CPU電路控制，所述粗調放大電路包括對輸入信號實現1、4、16、64、256倍的放大的四級獨立放大電路，所述濾波電路包括無源二階濾波電路和有源壓控帶通濾波電路，所述細調放大電路包括衰減倍數為1、2、4、8、16的電阻網絡衰減電路，用以對信號進行細調，所述預測電路包括可電控變換運放電路、比較電路和門電路，所述AD轉換電路采用16位高精度4通道AD芯片U20，U20的型號為AD7175，所述CPU電路采用單片機U4，型號為STM32，所述通信電路包括收發器U6，型號為SP485。

優選地，所述電源電路包括第一電壓產生電路、第二電壓產生電路、第三電壓產生電路和第四電壓產生電路；

所述第一電壓產生電路包括第一濾波電路、耗能元件R2和穩壓芯片U1，所述第一濾波電路包括濾波電容C3～C11、濾波電感L3和第一二階LC濾波電路，第一二階LC濾波電路包括電感線圈L1和L2、電容C1和C2，所述電容C9的一端接地，另一端分別連接電源、電阻R2、電感線圈L1，電感線圈L1的另一端分別連接電容C1和電感線圈L2，電感線圈L2的另一端連接電容C2、電容C10、電容C3和穩壓芯片U1的IN管腳，電阻R2、電容C1、電容C2、電容C10、電容C3的另一端以及穩壓芯片U1的GND管腳均接地，穩壓芯片U1的OUT管腳分別連接電容C4和電感線圈L3，電感線圈L3的另一端分別連接電容C5～C8、電容C11的一端，電容C4～C8、電容C11的另一端均接地，所述電容C11的一端輸出+5V控制電壓；

所述第二電壓產生電路包括穩壓芯片U2、第二濾波電路和指示電路，所述第二濾波電路包括濾波電容C12～C14，所述指示電路包括耗能電阻R1和發光二極管D1，所述電感線圈L3的另一端還連接所述穩壓芯片U2的Vin管腳，穩壓芯片的GND管腳接地，Vout管腳分別連接電容C12～C14和電阻R1的一端，電容C12～C14的另一端均接地，電阻R1的另一端通過發光二極管D1接地，所述電容C14的一端輸出3.3V控制電壓；

所述第三電壓產生電路包括電壓可調的功率放大電路和第三濾波電路，所述第三濾波電路包括濾波電容C17～C20，所述電壓可調的功率放大電路包括穩壓芯片U5和電阻R7、R9,還包括肖特基二極管D5，所述肖特基二極管的一端連接8V輸入電壓，另一端分別連接電容C17、C18的一端以及穩壓芯片U5的IN管腳，電容C17、C18的另一端均接地，穩壓芯片U5的OUT管腳分別連接電容C19、C20、電阻R7的一端，ADJ管腳分別連接電阻R7的另一端、電阻R9的一端，電阻R9、電容C19、C20的另一端接地，所述電容C20的一端輸出+5V控制電壓；

所述第四電壓產生電路包括負壓產生電路、第四濾波電路、消諧電感L4、儲能電感L8、二極管D7和放大擴流電路，所述負壓產生電路包括負壓產生芯片U8，電阻R14、R15和R12、電容C36，所述第四濾波電路包括濾波電容C22～C24和第二二階LC濾波電路，第二二階LC濾波電路包括電容C27、C28和電感線圈L5、L6，所述擴流放大電路包括第五濾波電路、穩壓芯片U7和電阻R16、R17；所述第五濾波電路包括濾波電容C29～C35、電感線圈L7；所述芯片U8的第5管腳分別連接電阻R14、R15的一端，電阻R14、R15的另一端接地，負壓產生芯片U8的第4管腳接地，第6管腳分別連接電阻R12、電容C22～C24、消諧電感L4的一端，電阻R12的另一端分別連接負壓產生芯片U8的第1、7和8管腳，電容C22～C24的另一端接地，消諧電感L4的另一端接8V輸入電源，負壓產生芯片U8的第2管腳分別連接二極管D7和儲能電感L8的一端，二極管D7和儲能電感L8的另一端均接地，負壓產生芯片U8的第3管腳通過電容C36接地，所述二極管D7的另一端還分別連接電感線圈L5和電容C27的一端，電感線圈L5的另一端分別連接電感線圈L6和電容C28的一端，電感線圈L6的另一端分別連接電容C29、C30、C34的一端和穩壓芯片U7的IN管腳，電容C27～C30、C34的另一端均接地，穩壓芯片U7的ADJ管腳分別連接電阻R16和R17的一端，OUT管腳分別連接電阻R16的另一端、電感線圈L7和電容C31的一端，電感線圈L7的另一端分別連接電容C32、C33和C35，電阻R17、電容C31～C33、C35的另一端均接地，所述電容C35的一端輸出-5V的控制電壓。

優選地，所述校準電路包括三個電子開關U11A、U12C和U12D，還包括自恢復保險絲RP3和濾波電容C41，自恢復保險絲RP3的一端連接輸入信號，另一端連接電子開關U11A的2管腳，電子開關U11A的1管腳分別連接電子開關U12C的4管腳、電子開關U12D的8管腳、電容C41的一端，電子開關U11A的13管腳、電子開關U12C的5管腳、電子開關U12D的6管腳分別連接單片機U4的34～36管腳，電子開關U12C的3管腳接地，U12D的6管腳接基準電壓，電容C41的另一端接地。

優選地，所述粗調放大電路包括第一控制芯片U15，受第一控制芯片控制的五個電子開關U11B、U11C、U11D、U12A和U12B，還包括四個級聯的放大電路，每個放大電路包括放大倍數為4的放大單元和級間濾波電容，所述放大單元包括放大器、電源濾波電容和阻抗匹配電阻，所述級間濾波電容包括電容C41～C46，所述放大器包括U9A、U9B、U10A和U10B，所述電源濾波電容包括電容C37～C40，所述阻抗匹配電阻包括電阻R18～R29，所述第一控制芯片U15的15管腳連接電子開關U11B的12管腳，1管腳連接電子開關U11C的5管腳，2號管腳連接電子開關U11C的6管腳，3管腳連接電子開關U12A的13管腳，4管腳連接電子開關U12B的12管腳，13管腳接地，10管腳接+5V電源，11、12和14管腳分別連接單片機U4的40、51和39管腳；

電容C41的一端分別連接電子開關U12D的8管腳、電阻R26的一端，另一端接地，電阻R26的另一端分別連接電子開關U11B的10管腳和放大器U9A的3管腳，U9A的2管腳分別連接電阻R18和R22的一端，電阻R22的另一端接地，放大器U9A的1管腳分別連接電阻R18的另一端，電容C42、電阻R27的一端和電子開關U11C的3管腳，電容C42的另一端接地，U9A的4管腳接-5V電壓，8管腳接+5V電壓，電容C37的兩端分別接U9A的8管腳和地；

電阻R27的另一端連接放大器U9B的5管腳，U9B的6管腳分別連接電阻R19和R23的一端，電阻R23的另一端接地，放大器U9B的7管腳分別連接電阻R19的另一端，電容C43、C44，電阻R28的一端，電容C43、C44的另一端接地，U9B的4管腳接-5V電壓，8管腳接+5V電壓，電容C38的兩端分別接U9B的8管腳和地；

電阻R28的另一端分別連接電子開關U11D的9管腳和放大器U10A的3管腳，U10A的2管腳分別連接電阻R20和R24的一端，電阻R24的另一端接地，放大器U10A的1管腳分別連接電阻R20的另一端，電容C45、電阻R29的一端和電子開關U12A的2管腳，電容C45的另一端接地，U10A的4管腳接-5V電壓，8管腳接+5V電壓，電容C39的兩端分別接U10A的8管腳和地；

電阻R29的另一端連接放大器U10B的5管腳，U10B的6管腳分別連接電阻R21和R25的一端，電阻R25的另一端接地，放大器U10B的7管腳分別連接電阻R21的另一端、電容C46的一端和電子開關U12B的10管腳，電容C46的另一端接地，U10B的4管腳接-5V電壓，8管腳接+5V電壓，電容C40的兩端分別接U10B的8管腳和地。

優選地，所述無源二階濾波電路包括無源RC濾波電路和交流隔離濾波電路，無源RC濾波電路包括電阻R60和電容C53，交流隔離濾波電路包括電容C50和電阻R61，所述有源壓控帶通濾波電路包括帶通頻率頻帶選擇網絡和濾波信號放大電路，所述帶通頻率頻帶選擇網絡包括電阻R55、R63和電容C52、C54，所述濾波信號放大電路包括放大器U19A、電阻R54、電阻R57、輸入濾波電容C55、輸出濾波電容C52和電源濾波電容C49，所述濾波電路還包括電壓跟隨器*2D；

所述電阻R60的一端分別連接電子開關U11B的11管腳、電子開關U11C的4管腳、U11D的8管腳、U12A的1管腳和U12B的11管腳，另一端分別連接電容C53和C50的一端，電容C53的另一端接地，電容C50的另一端連接電阻R61一端，電阻R61的另一端分別連接電容C54、C51和電阻R55的一端，電容R51的另一端分別連接電阻R63、電容C55的一端和放大器U19A的3管腳，電容C54、C55和電阻R63的另一端均接地，放大器U19A的2管腳分別連接電阻R57和R53的一端，R57的另一端接地，放大器U19A的管腳分別連接電阻R55、R53的另一端，電容C52的一端和電壓跟隨器*2D的13管腳，電容C52的另一端接地，放大器U19A的4管腳接-5V電壓，8管腳接+5V電壓，電容C49的兩端分別接U19A的8管腳和地，電壓跟隨器*2D的12和14管腳連接并輸出信號。

優選地，所述細調放大電路包括信號衰減電路，電子開關U16B、U16D、U18A、U18B和U18C，信號放大單元，控制芯片U17，電阻R41、R49、電容C47、C48組成的濾波電路，所述信號衰減電路包括電阻R45、R51、R58、R64和R65，信號放大單元包括放大器*1C和電阻R37、R38；

電阻R45的一端分別連接電壓跟隨器*2D的12、14管腳和電子開關U16B的10管腳，電阻R45的另一端分別連接電阻R51的一端、電子開關U16D的9管腳，電阻R51的另一端分別連接電阻R58的一端和電子開關U18A的2管腳，電阻R58的另一端分別連接電阻R564的一端和電子開關U18B的10管腳，電阻R64的另一端分別連接電阻R65的一端和電子開關U18C的3管腳，電阻R65的另一端接地；電子開關U16B11管腳通過電阻R44、電子開關U16D的8管腳、電子開關U18A的1管腳、電子開關U18B的11管腳、電子開關U18C的4管腳通過電阻R66均連接放大器*1C的10管腳，放大器*1C的9管腳分別連接電阻R37、R38的一端，電阻R37的另一端接地，放大器*1C的8管腳分別連接電阻R38的另一端和R41的一端，電阻R41的另一端分別連接電容C47的一端和所述預測電路和電阻R49的一端，電阻R49的另一端分別連接所述AD轉換電路和電容C48的一端，電容C48的另一端接地；控制芯片U17的1～4、15管腳分別對應連接電子開關U18B的12管腳、電子開關U18A的13管腳、電子開關U16D的6管腳、電子開關U16B的12管腳和電子開關U18C的5管腳，控制芯片U17的13管腳接地，10管腳接5V電壓，11、12、14管腳分別連接單片機U4的2、53和3管腳。

優選地，所述預測電路的可變換運放電路包括電子開關U16A、U16C和放大器*1D、*2A，所述比較電路包括放大器*1A、*1B、*2B和*2C，所述預測電路還包括電阻網絡R30～R36、R39、R40、R42、R43、R47、R48、R50、R52、R54、R56、R59和R62，反相器U13A、U13B和門電路U14A、U14B；

所述電阻R32的一端連接所述細調放大電路，電阻R32的另一端分別連接電阻R31、R39、R50和R56的一端以及放大器*2A的1管腳，電阻R36的一端連接所述信號細調放大電路，另一端連接電子開關U16A的2管腳，電子開關U16A的1管腳分別連接電阻R23、R35、R48和R54的一端，放大器*1D的14管腳和電子開關U16C的3管腳，放大器*1D的13管腳連接電阻R42的一端，12管腳通過電阻R46接地，電阻R42的另一端連接細調放大電路，電子開關U16C的4管腳連接放大器*2A的2管腳，放大器*2A的1、3管腳均分別連接電阻R31、R39、R50和R56的一端，電阻R34、R52的一端均連接+5V電壓，電阻R40、R59的一端均連接-5V電壓，放大器*1A的3管腳分別連接電阻R31、R33和R34的另一端和電阻R30的一端，2管腳與放大器*1B的6管腳連接，放大器*1A的1管腳分別連接電阻R30的另一端和反相器U13A的1管腳，放大器*1B的5管腳分別連接電阻R35、R39和R40的另一端以及電阻R43的一段，電阻R43的另一端分別連接放大器*1B的7管腳和門電路U14A的2管腳，門電路U14A的1管腳連接放大器*1A的2管腳，放大器*2B的5管腳分別連接電阻R48、R50和R52的另一端以及電阻R47的一端，6管腳連接放大器*2C的9管腳，放大器*2B的7管腳分別連接電阻R47的另一端和門電路U14B的4管腳，放大器*2C的10管腳分別連接電阻R54、R56、R59的另一端以及電阻R62的一端，8管腳分別連接電阻R62的另一端和反相器U13B的3管腳，U13B的4管腳連接門電路U14B的5管腳，電子開關U16A的13管腳、U16C的5管腳、門電路U14A的3管腳和門電路U14B的6管腳分別連接單片機U4的9、10、11和24管腳。

優選地，所述AD轉換電路還包括電阻R67、R68和電容C56、C57組成的對輸入信號的濾波電路和對地信號的濾波電路，所述對地信號濾波電路包括電阻R70、R69和電容C60、C62，所述AD轉換電路還包括濾波電容C58、C59、C61、C63～C66；

所述電容C57的一端連接所述細調放大電路，另一端分別連接電阻R67和R68的一端，電阻R67的另一端接地，電阻R68的另一端分別連接電容C56的一端和AD芯片U20的AINO管腳，電容C56的另一端接地，AD芯片U20的AINI管腳分別連接電阻R69和電容C62的一端，電容C62的另一端接地，電阻R69的另一端分別連接電容C60和電阻R70的一端，電阻R70的另一端接2.5V基準電壓，電容C60的另一端接地，AD芯片U20的REFOUT管腳分別連接2.5V基準電壓和電容C65的一端，REF+管腳連接電容C66的一端，REF-管腳接地，電容C65、C66的另一端均接地，AD芯片U20的IOVDD管腳分別連接電容C58、C59、C61的一端和3.3V電壓，GND管腳和電容C58、C59、C61的另一端均接地，ADVV1管腳、AVDD2管腳和VSS管腳均接3.3V電源，REGPD管腳接電容C63的一端，電容C63的另一端接地，REGPA管腳接電容C64的一端，電容C64的另一端接地，AD芯片的SYNC、CS、DIN和DOUT管腳分別連接單片機U4的20～23管腳。

優選地，所述單片機U4的5、6管腳連接晶振電路，60、7管腳連接電阻R11、R13和電感C26組成的濾波電路,1、32、48、64、19和13管腳均接3.3V電壓，28管腳通過電阻R3接地，所述晶振電路包括電阻R8，晶振Y1和電容C21、C25，電容C21的一端接地，另一端分別連接晶振Y1、電阻R8的一端和單片機U4的5管腳，電容C25的一端接地，另一端分別連接晶振Y1、電阻R8的另一端和單片機U4的6管腳，電阻R11的一端連接3.3V電壓，另一端分別連接電阻R13的一端和單片機U4的60管腳，單片機U4的7管腳通過電容C26接地，電阻R13的另一端接地，31、47、63、18和12管腳均接地；

所述通信電路包括信號指示電路、方向控制電路、保護電路和電容C15、C16組成的電源濾波電路，所述指示電路包括門電路IC1A、IC1C，電阻R4、R10和發光二極管D4、D6，方向控制電路包括門電路IC1B，所述保護電路包括TVS管D2、D3，自恢復保險絲RP1、RP2和電阻R5、R6；所述收發器U6的5管腳接地，6管腳分別連接電阻R5的一端和自恢復保險絲RP1的一端，自恢復保險絲RP1的另一端分別接TVS管D3的一端和輸出信號A，電阻R6的另一端、TVS管D3的另一端均接地，7管腳分別連接電阻R6的一端和自恢復保險絲RP2的一端，自恢復保險絲RP2的另一端分別接TVS管D2的一端和輸出信號B，電阻R6的另一端、TVS管D2的另一端均接地，收發器U6的4管腳分別連接門電路IC1A的1管腳、IC1B的3管腳和單片機42管腳，門電路IC1A的2管腳依次連接電阻R4、發光二極管D4和地，收發器U6的2、3管腳均連接門電路IC1B的4管腳，1管腳分別連接單片機U4的43管腳和門電路IC1C的5管腳，門電路IC1C的6管腳依次連接電阻R10、發光二極管D6和地。

本發明的有益效果是：與現有技術相比，本發明所述采樣系統可適用范圍廣，廣泛適用于溫度、壓力、流量、濕度等前端傳感器采集；電源電路產生穩定的四路電壓，電壓之間無干擾；多處LC濾波結構，消除電源的干擾，增強濾波效果，使輸出電壓更加穩定；放大擴流電路形成高精度的穩壓放大電路，產生小溫漂的穩定電源；校準電路能夠實現真實信號，校準零點信號，滿度信號的可控選擇進行校準控制信號采集；粗調放大電路采用四級獨立的放大電路，對輸入信號實現1、4、16、64、256倍的放大；每級放大電路可通過電子開關控制導通，從而實現了輸入信號的增益可調；濾波電路能夠及時的針對不同頻帶信號帶來的干擾進行濾波，有效抑制頻帶外的噪聲干擾；細調放大電路采用電阻網絡衰減電路，對輸入信號實現1,2,4，8,16倍衰減，且衰減倍數可調，保證信號的線性放大。預測電路通過四級比較電路將輸入信號的范圍與預設窗口進行比較，將結果發送給CPU電路進行預測判斷，CPU電路通過對比較結果的預測判斷，調整前級的信號調節放大電路等，優先為系統進行預測增益調節，及時達到良好的效果；AD轉換電路的對地信號濾波電路，模擬差分采樣，減少電源的差模干擾和信號的差模干擾，提高采樣速度和精度。

附圖說明

圖1是本發明的結構圖；

圖2是本發明所述電源電路的電路圖；

圖3是本發明所述校準電路的電路圖；

圖4是本發明所述粗調放大電路的電路圖；

圖5是本發明所述濾波電路的電路圖；

圖6是本發明所述細調放大電路的電路圖；

圖7是本發明所述預測電路的電路圖；

圖8是本發明所述AD轉換電路的電路圖；

圖9是本發明所述CPU電路和通信電路的電路圖；

具體實施方式

如圖1所示，本發明包括電源電路、CPU電路、校準電路、粗調放大電路、濾波電路、細調放大電路、AD轉換電路、預測電路和通信電路，所述電源電路為系統供電，采集的數據信號依次經過校準電路、粗調放大電路、濾波電路、細調放大電路和AD轉換電路，AD轉換電路與CPU電路用SPI總線連接，所述細調放大電路同時將信號傳給預測電路，預測電路連接CPU電路，CPU電路分別連接校準電路、粗調放大電路、細調放大電路和預測電路對信號進行反饋，控制校準電路、粗調放大電路、細調放大電路和預測電路相應支路的選通，重復調節，CPU電路將最終采集結果發送給通信電路。

如圖2所示，所述電源電路包括第一路電壓產生電路、第二路電壓產生電路、第三路電壓產生電路和第四一路電壓產生電路，所述第一路電壓產生電路包括第一濾波電路、耗能元件R2和穩壓芯片U1，第一濾波電路對信號進行濾波并消除共模干擾，耗能元件R2在系統斷電時，及時消耗儲能元件的電能，防止震蕩，穩壓芯片U1產生5V電壓，所述第二路電壓產生電路包括穩壓芯片U2、第二濾波電路和指示電路，穩壓芯片U2產生3.3V電壓，所述第三路電壓產生電路包括電壓可調的功率放大電路和第三濾波電路，所述電壓可調的功率放大電路包括穩壓芯片U5，產生5V控制電壓，所述第四路電壓產生電路包括負壓產生電路、第四濾波電路、消諧電感L4、儲能電感L8、二極管D7和放大擴流電路，所述負壓產生電路包括負壓產生芯片U8，產生-5V電壓。

優選地，所述第一濾波電路包括濾波電容C3～C11、濾波電感L3和第一二階LC濾波電路，第一二階LC濾波電路包括電感線圈L1和L2、電容C1和C2，所述電容C9的一端接地，另一端分別連接電源、電阻R2、電感線圈L1，電感線圈L1的另一端分別連接電容C1和電感線圈L2，電感線圈L2的另一端連接電容C2、電容C10、電容C3和穩壓芯片U1的IN管腳，電阻R2、電容C1、電容C2、電容C10、電容C3的另一端以及穩壓芯片U1的GND管腳均接地，穩壓芯片U1的OUT管腳分別連接電容C4和電感線圈L3，電感線圈L3的另一端分別連接電容C5～C8、電容C11的一端，電容C4～C8、電容C11的另一端均接地，所述電容C11的一端輸出+5V電壓。其中外部電源輸入首先經過電解電容C9對輸入信號進行粗調濾波，電解電容C9的規格為470μF/16V，電阻R2的阻值為1kΩ,第一二階LC濾波電路，消除共模干擾，且C1的電容值10μF，C2的電容值0.1μF，電感線圈L1，L2規格均為FB30R13A。電容C10、C3為濾波電容，將信號進一步濾波，C3的電容值10μF，C10的電容值100μF。U1為穩壓芯片，型號為AZ1117D-5.0。C4為濾波電容，電容值10μF，L3為濾波電感，規格FB30R13A，電容C5～C8、C11進一步濾波，其中C5為10μF，C6μF，C7規格220μF/16V，C8規格10μF/16V,C11為100μF。

優選地，所述第二濾波電路包括濾波電容C12～C14，所述指示電路包括耗能電阻R1和發光二極管D1，所述電感線圈L3的另一端還連接所述穩壓芯片U2的2、4管腳，穩壓芯片的1管腳接地，3管腳分別連接電容C12～C14和電阻R1的一端，電容C12～C14的另一端均接地，電阻R1的另一端通過發光二極管D1接地，所述電容C14的一端輸出3.3V控制電壓。其中，穩壓芯片U2和濾波電容C12～C14產生3.3V電壓，穩壓芯片U2的型號為HT7533，電容C12～C14的規格均為10μF/16V。電阻R1和發光二極管D1指示系統是否有電，R1為330Ω。

優選地，所述第三濾波電路包括濾波電容C17～C20，所述電壓可調的功率放大電路包括穩壓芯片U5和電阻R7、R9,還包括肖特基二極管D5，所述肖特基二極管的一端連接8V輸入電壓，另一端分別連接電容C17、C18的一端以及第三穩壓芯片U5的3管腳，電容C17、C18的另一端均接地，穩壓芯片U5的2管腳分別連接電容C19、C20、電阻R7的一端，1管腳分別連接電阻R7的另一端、電阻R9的一端，電阻R9、電容C19、C20的另一端接地，所述電容C20的一端輸出+5V控制電壓。肖特基二極管D5利用小壓降特性防止電源反接造成的影響，穩壓芯片U5的型號為LM317，與U7共同構成電壓可調功率放大電路的電阻R7、R9的阻值分別為390Ω、12KΩ,濾波電容C17～C20的電容值分別為10μF、0.01μF.10μF和0.1μF。

優選地，所述負壓產生電路還包括電阻R14、R15和R12、電容C36，所述第四濾波電路包括濾波電容C22～C24和第二二階LC濾波電路，第二二階LC濾波電路包括電容C27、C28和電感線圈L5、L6，所述擴流放大電路包括第五濾波電路、穩壓芯片U7和電阻R16、R17；所述第五濾波電路包括濾波電容C29～C35、電感線圈L7；所述芯片U8的第5管腳分別連接電阻R14、R15的一端，電阻R14、R15的另一端接地，U8的第4管腳接地，U8的第6管腳分別連接電阻R12、電容C22～C24、消諧電感L4的一端，電阻R12的另一端分別連接U8的第1、7和8管腳，電容C22～C24的另一端接地，消諧電感的另一端接8V輸入電源，U8的第2管腳分別連接二極管D7和儲能電感L8的一端，二極管D7和儲能電感L8的另一端均接地，U8的第3管腳通過電容C36接地，所述二極管D7的另一端還分別連接電感線圈L5和電容C27的一端，電感線圈L5的另一端分別連接電感線圈L6和電容C28的一端，電感線圈L6的另一端分別連接電容C29、C30、C34的一端和穩壓芯片U7的2管腳，電容C27～C30、C34的另一端均接地，穩壓芯片U7的1管腳分別連接電阻R16和R17的一端，3管腳分別連接電阻R16的另一端、電感線圈L7和電容C31的一端，電感線圈L7的另一端分別連接電容C32、C33和C35，電阻R17、電容C31～C33、C35的另一端均接地，所述電容C35的一端輸出-5V的控制電壓。其中L4為消諧電感，規格為FB30R13A，電容C22～C24為電源濾波，電容值分別為100μF.10μF和0.1μF，負壓產生芯片U8的型號為MC34063，U8與電阻R12、R14和R15組成負壓產生電路，電阻R12、R14和R15的阻值分別為0.18Ω、12KΩ和6.8KΩ，電容C36為390PF，電感L8為儲能電感，值為100μH，第二二階LC濾波電路，消除共模干擾，電容L5，L6均為FB30R13A，電容C27、C28均為10μF，濾波電容C29～C35的電容值分別為0.1μF、10μF、10μF、10μF、0.1μF、100μF、100μF，電感L7為FB30R13A，電阻R16、R17的阻值分別為390Ω、12KΩ。本發明所述的電容有電解電容C7～C14、C17～C20、C22、C34和C35，非電解電容C1～C6、C27～C33、C23、C24和C36，這樣設計是為了得到更好的濾波效果，使產生的電壓更加穩定。

如圖3所示，所述校準電路包括三個電子開關U11A、U12C和U12D，還包括自恢復保險絲RP3和濾波電容C41，自恢復保險絲RP3的一端連接輸入信號，另一端連接電子開關U11A的2管腳，電子開關U11A的1管腳分別連接電子開關U12C的4管腳、電子開關U12D的8管腳、電容C41的一端，電子開關U11A的13管腳、電子開關U12C的5管腳、電子開關U12D的6管腳分別連接單片機U4的34～36管腳，電子開關U12C的3管腳接地，U12D的6管腳接基準電壓，電容C41的另一端接地。三電子開關U11A、U12C和U12D受單片機控制，分別連接單片機U4的34、35和36管腳，能夠分別實現真實信號，校準零點信號，滿度信號的可控選擇。進行校準控制信號采集，其中電容C41的電容值為0.1μF。

如圖4所示，所述粗調放大電路包括四個級聯的放大電路，每個放大電路包括放大倍數為4的放大單元和級間濾波電容，對輸入信號實現1、4、16、64和256倍的放大，還包括控制芯片U15和受控制芯片U15控制的五個電子開關U11B、U11C、U11D、U12A和U12B，五個電子開關構成調解網絡，通過控制放大單元的導通實現對應放大倍數的選擇，分別對應控制的放大倍數為1、4、16、64和256倍。本發明所述電子開關均為4066。

優選地，所述控制芯片U15為串并轉換芯片74HC595?？刂菩酒琔15的15管腳連接電子開關U11B的12管腳，1管腳連接電子開關U11C的5管腳，2號管腳連接電子開關U11C的6管腳，3管腳連接電子開關U12A的13管腳，4管腳連接電子開關U12B的12管腳，13管腳接地，10管腳接+5V電源，11、12和14管腳分別連接單片機U4的40、51和39管腳。所述放大單元包括放大器、電源濾波電容和阻抗匹配電阻，所述級間濾波電容包括電容C41～C46，所述放大器包括U9A、U9B、U10A和U10B，所述電源濾波電容包括電容C37～C40，所述阻抗匹配電阻包括電阻R18～R29。其中，所述放大器為LM6172，電容C37～C46的電容值均為0.1μF，電阻R18～R21的電阻值均為30KΩ，電阻R22～R25的電阻值均為10KΩ，電阻R26～R29的電阻值均為2KΩ。

優選地，電容C41的一端連接電子開關U12D的8管腳，另一端連接電阻R26的一端，電阻R26的另一端分別連接電子開關U11B的10管腳和放大器U9A的3管腳，U9A的2管腳分別連接電阻R18和R22的一端，電阻R22的另一端接地，放大器U9A的1管腳分別連接電阻R18的另一端，電容C42、電阻R27的一端和電子開關U11C的3管腳，電容C42的另一端接地，U9A的4管腳接-5V電壓，8管腳接+5V電壓，電容C37的兩端分別接U9A的8管腳和地；電阻R27的另一端連接放大器U9B的5管腳，U9B的6管腳分別連接電阻R19和R23的一端，電阻R23的另一端接地，放大器U9B的7管腳分別連接電阻R19的另一端，電容C43、C44，電阻R28的一端，電容C43、C44的另一端接地，U9B的4管腳接-5V電壓，8管腳接+5V電壓，電容C38的兩端分別接U9B的8管腳和地；電阻R28的另一端分別連接電子開關U11D的9管腳和放大器U10A的3管腳，U10A的2管腳分別連接電阻R20和R24的一端，電阻R24的另一端接地，放大器U10A的1管腳分別連接電阻R20的另一端，電容C45、電阻R29的一端和電子開關U12A的2管腳，電容C45的另一端接地，U10A的4管腳接-5V電壓，8管腳接+5V電壓，電容C39的兩端分別接U10A的8管腳和地；電阻R29的另一端連接放大器U10B的5管腳，U10B的6管腳分別連接電阻R21和R25的一端，電阻R25的另一端接地，放大器U10B的7管腳分別連接電阻R21的另一端、電容C46的一端和電子開關U12B的10管腳，電容C46的另一端接地，U10B的4管腳接-5V電壓，8管腳接+5V電壓，電容C40的兩端分別接U10B的8管腳和地。

如圖5所示，濾波電路包括無源二階濾波電路和有源壓控帶通濾波電路，所述無源二階濾波電路包括無源RC濾波電路和RC交流隔離濾波電路，所述有源壓控帶通濾波電路包括頻率頻帶選擇網絡和濾波信號放大電路，所述多階濾波電路還包括電壓跟隨器*2D，所述電壓跟隨器*2D為LM324。

優選地，所述無源RC濾波電路包括電阻R60和電容C53，消除共模干擾，RC交流隔離濾波電路包括電容C50和電阻R61。所述帶通頻率頻帶選擇網絡包括電阻R55、R63和電容C51、C54，通過改變電阻R55、R63和電容C52、C54的參數，可調整中心頻率。所述濾波信號放大電路包括放大器U19A和電阻R54、R57，對濾波后信號進行加強，還包括輸入濾波電容C55，輸出濾波電容C52和電源濾波電容C49，對信號進行進一步濾波，消除干擾，放大后的信號經過電壓跟隨器*2D隔離輸出，同時增強了電路負載能力。所述放大器U19A為LM6172。電阻R53、R55、R57、R60、R61和R63的電阻值分別為68KΩ、10KΩ、20KΩ、1KΩ、10KΩ和10KΩ，電容C49、C50、C52～C55的電容值均為0.1μF，電容C51為470PF。

優選地，所述電阻R60的一端接入輸入信號，另一端分別連接電容C53和C50的一端，電容C53的另一端接地，電容C50的另一端連接電阻R61一端，電阻R61的另一端分別連接電容C54、C51和電阻R55的一端，電容R51的另一端分別連接電阻R63、電容C55的一端和放大器U19A的3管腳，電容C54、C55和電阻R63的另一端均接地，放大器U19A的2管腳分別連接電阻R57和R53的一端，R57的另一端接地，放大器U19A的管腳分別連接電阻R55、R53的另一端，電容C52的一端和電壓跟隨器*2D的13管腳，電容C52的另一端接地，放大器U19A的4管腳接-5V電壓，8管腳接+5V電壓，電容C49的兩端分別接U19A的8管腳和地，電壓跟隨器*2D的12、14管腳連接并輸出信號。

如圖6所示，細調放大電路包括電阻網絡衰減電路，衰減倍數為1,2,4，8,16，還包括控制芯片U17和受控制芯片U17控制的五個電子開關U16B、U16D、U18A、U18B和U18C，五個電子開關構成調解網絡，通過控制所述電阻網絡衰減電路的選通實現對應衰減倍數的選擇，還包括信號放大電路，所述信號放大電路包括運算放大器*1C，對衰減信號進行二倍放大，控制芯片U17為串并轉換芯片74LS959，運算放大器*1C為LM324。所述控制芯片U17的1～4、15管腳分別對應連接電子開關U18B的12管腳、電子開關U18A的13管腳、電子開關U16D的6管腳、電子開關U16B的12管腳和電子開關U18C的5管腳，控制芯片U17的13管腳接地，10管腳接5V電壓，11、12、14管腳分別連接單片機U4的2、53和3管腳。所述電阻網絡衰減電路包括電阻R45、R51、R58、R64和R65，信號放大單元包括放大器*1C和電阻R37、R38，所述信號細調控制電路還包括電阻R41和電容C47組成的濾波電路。其中電阻R45、R51、R58、R64和R65的阻值分別為2KΩ、1KΩ、500Ω、250Ω和50Ω，電阻R37、R38和R41的阻值均為1KΩ，電容C47的電容值為0.1μF。

優選地，所述電阻R45的一端分別連接輸入信號和電子開關U16B的10管腳，電阻R45的另一端分別連接電阻R51的一端、電子開關U16D的9管腳，電阻R51的另一端分別連接電阻R58的一端和電子開關U18A的2管腳，電阻R58的另一端分別連接電電阻R564的一端和電子開關U18B的10管腳，電阻R64的另一端分別連接電阻R65的一端和電子開關U18C的3管腳，電阻R65的另一端接地；電子開關U16B11管腳通過電阻R44、電子開關U16D的8管腳、電子開關U18A的1管腳、電子開關U18B的11管腳、電子開關U18C的4管腳通過電阻R66均連接放大器*1C的10管腳，放大器*1C的9管腳分別連接電阻R37、R38的一端，電阻R37的另一端接地，放大器*1C的8管腳分別連接電阻R38的另一端和R41的一端，電阻R41的另一端分別連接電容C47的一端和所述預測電路和電阻R49的一端，電阻R49的另一端分別連接所述AD轉換電路和電容C48的一端，電容C48的另一端接地。

輸入信號首先通過電阻R45、R51、R58、R64和R65構成電阻網絡衰減電路，電阻網絡可通過電子開關U16B、U16D、U18A、U18B和U18構成的電子開關選擇通斷，衰減倍數依次為1，2，4，8，16倍，對信號進行細調節。調節完成后經*1C運放及電阻R37和R38構成的放大單元進行2倍放大，最后經R41和C47構成的RC濾波電路輸出信號。

如圖7所示，預測電路包括電控變換運放電路和四級比較電路，所述電控變換運放電路包括電子開關U16A和U16C，輸入信號經過電控變換運放電路，通過電子開關的選通，將信號傳送到對應的比較電路，比較電路將輸入的信號與預設窗口進行比較，得出比較結果電平，將比較結果電平發送給CPU電路，CPU電路對結果進行預測判斷，所述預設窗口為+5V和-5V的基準電壓。

優選地，所述可變換運放電路還包括放大器*1D、*2A，所述比較電路包括放大器*1A、*1B、*2B和*2C，所述預測電路還包括電阻網絡R30～R36、R39、R40、R42、R43、R46、R47、R48、R50、R52、R54、R56、R59和R62，反相器U13A、U13B和門電路U14A、U14B。所述電阻R30、R31、R33～R35、R39、R40、R42、R43、R47、R48、R50、R52、R54、R56、R59和R62的電阻值均為1.5Ω，電阻R32為750Ω，電阻R36為7.5KΩ，電阻R46為1KΩ。所述電控變換運放電路對信號進行分布處理，當U16A打開，U16C關閉時，實現2倍放大電路，當U16A關閉，U16C打開時，實現對信號變化率放大電路。所述放大器*1D、*2A、*1A、*1B、*2B和*2C均為LM324，所述反相器U13A、U13B為74F04，所述門電路U14A、U14B為74LS09。

預測電路采用四級不同比較關系電路，將信號與設窗口進行比較，得出相應的比較區間，輸出相應電平給反相器U13A、U13B和門電路U14A、U14B，最終得出相應電平輸入單片機U4，輸入給單片機U4的電平有四種情況，分別為：MCU3端低電平，MCU4端低電平；MCU3端低電平，MCU4端高電平；MCU3端高電平，MCU4端低電平；MCU3端高電平，MCU4端高電平。

所述電阻R32的一端連接輸入信號，電阻R32的另一端分別連接電阻R31、R39、R50和R56的一端以及放大器*2A的1管腳，電阻R36的一端連接輸入信號，另一端連接電子開關U16A的2管腳，電子開關U16A的1管腳分別連接電阻R23、R35、R48和R54的一端，放大器*1D的14管腳和電子開關U16C的3管腳，放大器*1D的13管腳連接電阻R42的一端，12管腳通過電阻R46接地，電阻R42的另一端連接輸入信號，電子開關U16C的4管腳連接放大器*2A的2管腳，放大器*2A的1、3管腳均分別連接電阻R31、R39、R50和R56的一端，電阻R34、R52的一端均連接+5V電壓，電阻R40、R59的一端均連接-5V電壓，放大器*1A的3管腳分別連接電阻R31、R33和R34的另一端和電阻R30的一端，2管腳與放大器*1B的6管腳連接，放大器*1A的1管腳分別連接電阻R30的另一端和反相器U13A的1管腳，放大器*1B的5管腳分別連接電阻R35、R39和R40的另一端以及電阻R43的一段，電阻R43的另一端分別連接放大器*1B的7管腳和門電路U14A的2管腳，門電路U14A的1管腳連接放大器*1A的2管腳，放大器*2B的5管腳分別連接電阻R48、R50和R52的另一端以及電阻R47的一端，6管腳連接放大器*2C的9管腳。放大器*2B的7管腳分別連接電阻R47的另一端和門電路U14B的4管腳，放大器*2C的10管腳分別連接電阻R54、R56、R59的另一端以及電阻R62的一端，8管腳分別連接電阻R62的另一端和反相器U13B的3管腳，U13B的4管腳連接門電路U14B的5管腳，電子開關U16A的13管腳、U16C的5管腳、門電路U14A的3管腳和門電路U14B的6管腳分別連接單片機U4的9、10、11和24管腳；

如圖8所示，AD轉換電路包括AD芯片U20和濾波電路，所述濾波電路包括對輸入信號的濾波電路和對地信號的濾波電路，濾波電路與AD芯片U20連接。AD轉換芯片為16位高精度4通道AD芯片AD7175，所述對輸入信號的濾波電路連接AD芯片U20的AINO管腳，所述對地信號的濾波電路連接AD轉換芯片的AINI管腳，在信號輸入的情況下，通過模擬對地信號采樣技術，模擬差分采樣，再次減少電源的差模干擾和信號的差模干擾，提高信號穩定性。。

所述對輸入信號的濾波電路包括電阻R67、R68和電容C56、C57，對輸入信號進行濾波，所述對地信號的濾波電路包括電阻R70、R69和電容C60、C62，構成對地采集信號的二次濾波，濾波參數保持一致，消除輸入信號和對地信號在同一頻率的噪聲。提高采樣精度，所述高精度AD采集電路還包括濾波電容C58、C59、C61、C63～C66，減少電源干擾。

優選地，所述電容C57的一端連接輸入信號，另一端分別連接電阻R67和R68的一端，電阻R67的另一端接地，電阻R68的另一端分別連接電容C56的一端和AD芯片U20的AINO管腳，電容C56的另一端接地，AD芯片U20的AINI管腳分別連接電阻R69和電容C62的一端，電容C62的另一端接地，電阻R69的另一端分別連接電容C60和電阻R70的一端，電阻R70的另一端接2.5V基準電壓，電容C60的另一端接地，AD芯片U20的REFOUT管腳分別連接2.5V基準電壓和電容C65的一端，REF+管腳連接電容C66的一端，REF-管腳接地，電容C65、C66的另一端均接地，AD芯片U20的IOVDD管腳分別連接電容C58、C59、C61的一端和3.3V電壓，GND管腳和電容C58、C59、C61的另一端均接地，ADVV1管腳、AVDD2管腳和VSS管腳均接3.3V電源，REGPD管腳接電容C63的一端，電容C63的另一端接地，REGPA管腳接電容C64的一端，電容C64的另一端接地，AD芯片的SYNC、CS、DIN和DOUT管腳分別連接單片機U4的20～23管腳。

如圖9所示，所述單片機U4的5、6管腳連接晶振電路，60、7管腳連接電阻R11、R13和電感C26組成的濾波電路,1、32、48、64、19和13管腳均接3.3V電壓，所述晶振電路包括電阻R8，晶振Y1和電容C21、C25，電容C21的一端接地，另一端分別連接晶振Y1、電阻R8的一端和單片機U4的5管腳，電容C25的一端接地，另一端分別連接晶振Y1、電阻R8的另一端和單片機U4的6管腳，電阻R11的一端連接3.3V電壓，另一端分別連接電阻R13的一端和單片機U4的60管腳，單片機U4的7管腳通過電容C26接地，電阻R13的另一端接地，31、47、63、18和12管腳均接地，28管腳通過電阻R3接地。其中電阻R3、R8、R11和R13的阻值分別為10KΩ、1MΩ、10KΩ和10Ω，電容C21、C25和C26分別為20PF、20PF和100nF,晶振Y1為8MHz。

所述通信電路包括信號指示電路、方向控制電路、保護電路和電容C15、C16組成的電源濾波電路，所述指示電路包括門電路IC1A、IC1C，電阻R4、R10和發光二極管D4、D6，方向控制電路包括門電路IC1B，所述保護電路包括TVS管D2、D3，自恢復保險絲RP1、RP2和電阻R5、R6；所述收發器U6的5管腳接地，6管腳分別連接電阻R5的一端和自恢復保險絲RP1的一端，自恢復保險絲RP1的另一端分別接TVS管D3的一端和輸出信號A，電阻R6的另一端、TVS管D3的另一端均接地，7管腳分別連接電阻R6的一端和自恢復保險絲RP2的一端，自恢復保險絲RP2的另一端分別接TVS管D2的一端和輸出信號B，電阻R6的另一端、TVS管D2的另一端均接地，收發器U6的4管腳分別連接門電路IC1A的1管腳、IC1B的3管腳和單片機42管腳。其中電阻R5、R6的阻值均為3.3KΩ，電阻R4、R10的阻值均為330Ω，電容C15、C16的值均為100nF,收發器U6為SP3485，門電路IC1A、IC1B和IC1C為7414。