CN106768530A - 基于程控增益放大器的压力检测系统 - Google Patents

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王聪
王超
王盼峰
郭阳阳
翟莹莹
聂晶晶
孔翔飞
陈曙光
朱志光
侯剑平
刘耀基
和发展
魏文娟
刘聪
陈静
王伟
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/26—Auxiliary measures taken, or devices used, in connection with the measurement of force, e.g. for preventing influence of transverse components of force, for preventing overload
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges

Abstract

本发明公开了一种基于程控增益放大器的压力检测系统，包括多个桥式压力传感器，每个所述桥式压力传感器的信号输出端分别通过低通滤波器与压力采集模块的信号输入端连接，所述压力采集模块的信号输出端通过串行外设接口与主控单片机通信连接，所述主控单片机通过其内部的异步收发传输器与上位计算机通信连接。本发明优点在于采用可编程增益放大器（PGA）作为传感器信号的前级调理电路，根据不同的需求采用不同的增益，实现多路压力传感器信号采集全量程的均一化，从而提高A/D转换的有效精度，达到传感器信号不失真处理；同时简化了电路实现方案，提高了压力数据采集系统的可靠性及稳定性。

Description

基于程控增益放大器的压力检测系统
技术领域
本发明涉及压力检测系统，尤其是涉及基于程控增益放大器的压力检测系统。
背景技术
在自动测控系统和智能仪器中，压力数据采集系统为了保证必要的测量精度，往往会采用不同量程的压力传感器进行压力信号采集，模拟输出信号电平从微伏级到伏级；而一般的A/D转换器不可能在各种情况下都与之相匹配，如果采用单一增益的放大电路，往往使A/D转换器的精度不能最大限度的利用，或致使被测信号削顶饱和，造成很大的测量误差，甚至使A/D转换器损坏。更不可能每个传感器都有专属的A/D转换器，这样会大大增加设计工作量，更重要的是会增加设计成本，这对企业来说是不被允许的。
目前，压力传感器信号的采集多采用特定分立元件组成的前级滤波电路、放大电路、A/D转换器采样电路构成。因此，若要适应不同模拟信号电平输出的压力传感器并保证达到高精度，则必须改变前级滤波电路的输入输出阻抗、选择合适的放大电路对传感器信号进行放大，并针对不同的精度要求采用适当的A/D转换器来完成传感器信号的调理，这将造成设计工作量的增大，以及设计成本的严重增加。而且由分立元件构成传感器信号调理电路需要的元器件较多，可靠性降低；外围电路复杂，电路板面积大，可扩展性低，制造时各电路板的一致性较差。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于程控增益放大器的压力检测系统。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述基于程控增益放大器的压力检测系统，包括多个桥式压力传感器，每个所述桥式压力传感器的信号输出端分别通过低通滤波器与压力采集模块的信号输入端连接，所述压力采集模块的信号输出端通过串行外设接口与主控单片机通信连接，所述主控单片机通过其内部的异步收发传输器与上位计算机通信连接。
所述压力采集模块由多路模拟输入复用器、可编程增益放大器、16位双通道A/D转换器、自适应数字滤波器和串行外设接口组成；所述多路模拟输入复用器的模拟信号输入端分别与对应的一个所述桥式压力传感器的信号输出端连接，多路模拟输入复用器的信号输出端与所述可编程增益放大器的信号输入端连接，可编程增益放大器的信号输出端与所述16位双通道A/D转换器的信号输入端连接，16位双通道A/D转换器的信号输出端通过所述自适应数字滤波器与所述串行外设接口相连接。
本发明优点在于采用可编程增益放大器（PGA）作为传感器信号的前级调理电路，根据不同的需求采用不同的增益，实现多路压力传感器信号采集全量程的均一化，从而提高A/D转换的有效精度，达到传感器信号不失真处理；同时简化了电路实现方案，提高了压力数据采集系统的可靠性及稳定性。
附图说明
图1是本发明的电路原理结构框图。
图2是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1、2所示，本发明所述基于程控增益放大器的压力检测系统，包括多个桥式压力传感器1，每个桥式压力传感器1的信号输出端分别通过低通滤波器2与压力采集模块的信号输入端连接，压力采集模块的信号输出端通过串行外设接口3与主控单片机（STM32F103RBT6）通信连接，主控单片机通过其内部的异步收发传输器与上位计算机通信连接。
压力采集模块由多路模拟输入复用器4、可编程增益放大器5、16位双通道A/D转换器6、自适应数字滤波器7和串行外设接口3组成；多路模拟输入复用器4的模拟信号输入端分别与对应的一个所述桥式压力传感器1的信号输出端连接，多路模拟输入复用器4的信号输出端与可编程增益放大器5的信号输入端连接，可编程增益放大器5的信号输出端与16位双通道A/D转换器6的信号输入端连接，16位双通道A/D转换器6的信号输出端通过自适应数字滤波器7与串行外设接口3相连接。
本发明的电路原理设计简述如下：
压力传感器采取桥式压力传感器1与压力采集模块连接，以差分方式连接可以很好的消除导线电阻及外部干扰信号对传感器测压精度及准确度的影响，在每路压力传感器输入端设计了低通滤波器，以衰减传感器上的噪声，提高测压精度。
可编程增益放大器（PGA）5最大放大倍数可达128倍，能够实现对微弱模拟信号的精确测量；自适应数字滤波器7能够减弱模拟信号对有用信号的影响，提高测量精度，其内部参考电压源及内部振荡器，可以大大简化电路的设计。
主控单片机与16位双通道A/D转换器6采用串行外设接口（SPI）3通信方式进行通信，通信速率高，串行外设接口（SPI）3上可以挂接多个压力采集模块实现更多路的压力传感信号采集，具有很强的可扩展性。
可编程增益放大器（PGA）5作为桥式压力传感器1的前级调理电路，可以根据不同传感器信号进行简单的程序控制调整前级电路的增益，把传感器信号放大至后级16位双通道A/D转换器6所要求的电压，以达到多种不同类型压力传感器信号的全量程、高精度、无失真处理。
采用多通道传感器检测，各通道传感器使用同一路放大电路及A/D采样电路，这样可以大大节约设计成本及设计开发工作量，使本发明更具通用性。

Claims (2)

1.一种基于程控增益放大器的压力检测系统，其特征在于：包括多个桥式压力传感器，每个所述桥式压力传感器的信号输出端分别通过低通滤波器与压力采集模块的信号输入端连接，所述压力采集模块的信号输出端通过串行外设接口与主控单片机通信连接，所述主控单片机通过其内部的异步收发传输器与上位计算机通信连接。
2.根据权利要求1所述基于程控增益放大器的压力检测系统，其特征在于：所述压力采集模块由多路模拟输入复用器、可编程增益放大器、16位双通道A/D转换器、自适应数字滤波器和串行外设接口组成；所述多路模拟输入复用器的模拟信号输入端分别与对应的一个所述桥式压力传感器的信号输出端连接，多路模拟输入复用器的信号输出端与所述可编程增益放大器的信号输入端连接，可编程增益放大器的信号输出端与所述16位双通道A/D转换器的信号输入端连接，16位双通道A/D转换器的信号输出端通过所述自适应数字滤波器与所述串行外设接口相连接。
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