基於程控增益放大器的壓力檢測系統的製作方法

2023-06-02 14:32:21 4

本實用新型涉及壓力檢測系統，尤其是涉及基於程控增益放大器的壓力檢測系統。

背景技術：

在自動測控系統和智能儀器中，壓力數據採集系統為了保證必要的測量精度，往往會採用不同量程的壓力傳感器進行壓力信號採集，模擬輸出信號電平從微伏級到伏級；而一般的A/D轉換器不可能在各種情況下都與之相匹配，如果採用單一增益的放大電路，往往使A/D轉換器的精度不能最大限度的利用，或致使被測信號削頂飽和，造成很大的測量誤差，甚至使A/D轉換器損壞。更不可能每個傳感器都有專屬的A/D轉換器，這樣會大大增加設計工作量，更重要的是會增加設計成本，這對企業來說是不被允許的。

目前，壓力傳感器信號的採集多採用特定分立元件組成的前級濾波電路、放大電路、A/D轉換器採樣電路構成。因此，若要適應不同模擬信號電平輸出的壓力傳感器並保證達到高精度，則必須改變前級濾波電路的輸入輸出阻抗、選擇合適的放大電路對傳感器信號進行放大，並針對不同的精度要求採用適當的A/D轉換器來完成傳感器信號的調理，這將造成設計工作量的增大，以及設計成本的嚴重增加。而且由分立元件構成傳感器信號調理電路需要的元器件較多，可靠性降低；外圍電路複雜，電路板面積大，可擴展性低，製造時各電路板的一致性較差。

技術實現要素：

本實用新型目的在於提供一種基於程控增益放大器的壓力檢測系統。

為實現上述目的，本實用新型採取下述技術方案：

本實用新型所述基於程控增益放大器的壓力檢測系統，包括多個橋式壓力傳感器，每個所述橋式壓力傳感器的信號輸出端分別通過低通濾波器與壓力採集模塊的信號輸入端連接，所述壓力採集模塊的信號輸出端通過串行外設接口與主控單片機通信連接，所述主控單片機通過其內部的異步收發傳輸器與上位計算機通信連接。

所述壓力採集模塊由多路模擬輸入復用器、可編程增益放大器、16位雙通道A/D轉換器、自適應數字濾波器和串行外設接口組成；所述多路模擬輸入復用器的模擬信號輸入端分別與對應的一個所述橋式壓力傳感器的信號輸出端連接，多路模擬輸入復用器的信號輸出端與所述可編程增益放大器的信號輸入端連接，可編程增益放大器的信號輸出端與所述16位雙通道A/D轉換器的信號輸入端連接，16位雙通道A/D轉換器的信號輸出端通過所述自適應數字濾波器與所述串行外設接口相連接。

本實用新型優點在於採用可編程增益放大器（PGA）作為傳感器信號的前級調理電路，根據不同的需求採用不同的增益，實現多路壓力傳感器信號採集全量程的均一化，從而提高A/D轉換的有效精度，達到傳感器信號不失真處理；同時簡化了電路實現方案，提高了壓力數據採集系統的可靠性及穩定性。

附圖說明

圖1是本實用新型的電路原理結構框圖。

圖2是本實用新型的電路原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述實施例。

如圖1、2所示，本實用新型所述基於程控增益放大器的壓力檢測系統，包括多個橋式壓力傳感器1，每個橋式壓力傳感器1的信號輸出端分別通過低通濾波器2與壓力採集模塊的信號輸入端連接，壓力採集模塊的信號輸出端通過串行外設接口3與主控單片機（STM32F103RBT6）通信連接，主控單片機通過其內部的異步收發傳輸器與上位計算機通信連接。

壓力採集模塊由多路模擬輸入復用器4、可編程增益放大器5、16位雙通道A/D轉換器6、自適應數字濾波器7和串行外設接口3組成；多路模擬輸入復用器4的模擬信號輸入端分別與對應的一個所述橋式壓力傳感器1的信號輸出端連接，多路模擬輸入復用器4的信號輸出端與可編程增益放大器5的信號輸入端連接，可編程增益放大器5的信號輸出端與16位雙通道A/D轉換器6的信號輸入端連接，16位雙通道A/D轉換器6的信號輸出端通過自適應數字濾波器7與串行外設接口3相連接。

本實用新型的電路原理設計簡述如下：

壓力傳感器採取橋式壓力傳感器1與壓力採集模塊連接，以差分方式連接可以很好的消除導線電阻及外部幹擾信號對傳感器測壓精度及準確度的影響，在每路壓力傳感器輸入端設計了低通濾波器，以衰減傳感器上的噪聲，提高測壓精度。

可編程增益放大器（PGA）5最大放大倍數可達128倍，能夠實現對微弱模擬信號的精確測量；自適應數字濾波器7能夠減弱模擬信號對有用信號的影響，提高測量精度，其內部參考電壓源及內部振蕩器，可以大大簡化電路的設計。

主控單片機與16位雙通道A/D轉換器6採用串行外設接口（SPI）3通信方式進行通信，通信速率高，串行外設接口（SPI）3上可以掛接多個壓力採集模塊實現更多路的壓力傳感信號採集，具有很強的可擴展性。

可編程增益放大器（PGA）5作為橋式壓力傳感器1的前級調理電路，可以根據不同傳感器信號進行簡單的程序控制調整前級電路的增益，把傳感器信號放大至後級16位雙通道A/D轉換器6所要求的電壓，以達到多種不同類型壓力傳感器信號的全量程、高精度、無失真處理。

採用多通道傳感器檢測，各通道傳感器使用同一路放大電路及A/D採樣電路，這樣可以大大節約設計成本及設計開發工作量，使本實用新型更具通用性。