CN107765078A - 一种可实现红外校准的传感器电路模块 - Google Patents

一种可实现红外校准的传感器电路模块 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种可实现红外校准的传感器电路模块，包括信号调理电路、模数转换电路、红外发射/接收电路和控制器：信号调理电路，用以对采样信号进行调理处理；模数转换电路，电连接信号调理电路和控制器，用以将调理后的采样信号进行模数转换，并传输到控制器；红外发射/接收电路，电连接控制器，处于发射状态时将控制器处理后的采样信号发射出去，处于接收状态时将外部输入的红外信号传输到控制器，触发控制器执行传感器校准程序；控制器，用以数据处理和传感器校准，控制切换红外发射/接收电路的工作状态。本发明能够同时具备数据发送和接收功能，接收状态下能够实现传感器的校准，同时利用信号调理电路来提高测量的精度。

Description

一种可实现红外校准的传感器电路模块
技术领域
本发明涉及一种传感器，尤其是一种可实现红外校准的传感器电路模块。
背景技术
现有的测量型电流故障传感器的电路模块一般由AC/DC(交流转换直流)、ADC(模数转换电路)、CPU处理器和红外发射电路组成，由于采用AC/DC转换器，将交流电流转换成直流电压进行测量运算，对交流采样信号衰减较大，所以导致测量精度不准确；红外发射电路只能作为数据发送功用，功能相对单一。
传感器在各种复杂的场景长期使用状态下，会出现数据偏差的问题，需要定期对传感器进行校准。传统的传感器校准方式有两种：
1、电位器调整:这种校准方式是使用螺丝刀调整电路板上的电位器，使测量值与实际值一致，从而达到校准的目的。但是人工调整电位器会出现抖动等原因，导致校准工作一致性较差，而且这种方式需要在传感器未密封的情况下调整电位器，若传感器封装后就无法进行校准了。
2、通讯线校准：这种校准方式使用校准软件与电路板以通讯线路的方式连接，通过软件校准使得测量值与实际值保持一致，这种校准方式精度及一致性都比电位器调整方式要好，但同样存在装置封装后无法校准的问题。
上述两种传感器的校准方法都存在一个问题：传感器在封装的情况下无法校准。
因此，有必要对传感器的电气结构提出改进。
发明内容
本发明针对上述存在的问题，提供了一种可实现红外校准的传感器电路模块，包括信号调理电路、模数转换电路、红外发射/接收电路和控制器：
信号调理电路，用以对采样信号进行调理处理；
模数转换电路，电连接信号调理电路和控制器，用以将调理后的采样信号进行模数转换，并传输到控制器；
红外发射/接收电路，电连接控制器，处于发射状态时将控制器处理后的采样信号发射出去，处于接收状态时将外部输入的红外信号传输到控制器，触发控制器执行传感器校准程序；
控制器，用以数据处理和传感器校准，控制切换红外发射/接收电路的工作状态。
作为进一步的改进，所述的信号调理电路对采样信号的调理处理方法为，将采样信号调整为单向脉动电压信号。
作为进一步的改进，所述的控制器对采样信号的处理方法为，将单向脉动电压信号经模数转换电路转换后的数字信号进行快速均方算法处理，并计算出采样信号的交流值。
作为进一步的改进，所述的红外发射/接收电路包括信号输入端、信号输出端、控制端、发射管、发射放大器和接收放大器，所述的信号输入端、信号输出端和控制端分别与控制器电连接，信号输入端电连接发射放大器，发射放大器的输出端电连接发射管的正极，发射管的负极连接控制端，发射管正极和控制端之间并联着接收放大器，信号输出端电连接接收放大器。
作为进一步的改进，所述的接收放大器包括有两个运算放大器。
作为进一步的改进，红外发射/接收电路常态为接收状态，当控制器检测到采样信号输入时，控制器将红外发射/接收电路切换为发送状态对外发送数据。
作为进一步的改进，红外发射/接收电路常态为接收状态，每隔一个固定的时间，控制器将红外发射/接收电路切换为发送状态对外发送数据。
作为进一步的改进，传感器的校准方法为：需要校准时，控制器控制红外发射/接收电路切换为接收状态，外部红外信号输入由红外发射/接收电路进入控制器，控制器对信号进行处理，若为校准信号，控制器执行校准程序。
本发明采用可切换发射或接收状态红外电路，同时具有发射数据和接收信号功能，接收信号为校准信号时，能够通过控制器对传感器进行校准；同时利用信号调理电路对采样信号进行处理，提高测量精度。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是本发明实施例中信号调理电路的电路原理图；
图3是本发明实施例中原始采样信号的电压图；
图4是本发明实施例中处理后的采样信号电压图；
图5是本发明实施例中红外发射/接收电路的电气原理图；
图6是本发明实施例中控制器的电气结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细描述。
如图1所示，为本发明的的结构示意图，一种可实现红外校准的传感器电路模块，包括信号调理电路、模数转换电路、红外发射/接收电路和控制器：
信号调理电路，用以对采样信号进行调理处理；
模数转换电路，电连接信号调理电路和控制器，用以将调理后的采样信号进行模数转换，并传输到控制器；
红外发射/接收电路，电连接控制器，处于发射状态时将控制器处理后的采样信号发射出去，处于接收状态时将外部输入的红外信号传输到控制器，触发控制器执行传感器校准程序；
控制器，用以数据处理和传感器校准，控制切换红外发射/接收电路的工作状态。
图2为信号调理电路的电气原理图，采样信号由J3端输入，J3的1、2脚之间并联有电阻R7和C2,J3的2脚上还连接有串联电阻R2的+3V的电源输入、可控精密稳压源TL432和与TL432TL432并联的电容C5、C6，调理后的信号由I_in端输出，经模数转换电路进行模数转换后输入到控制器。
传感器采集的采样信号为交流电压信号，如图3，一般的做法是将交流转直流，此做法的信号衰减比较大，导致测量不准确。本发明通过信号调理电路将采集的交流电压信号叠加直流电压，输出单向脉动电压电压信号，调理后的电压如图4。
模数转换电路可采用一般的模数转换器，主要对信号将采样的模拟信号转化为数字信号。采集的信号为电压信号，需要结合传感器电阻进行求解电流值：转化后的数字信号输入到控制器，控制器对其进行快速均方算法处理，并计算出采样信号的交流值。快速均方算法是在一个交流信号的周波内采集64个数值，然后计算这64个数的平方和的平均值，即作为测量值的平方。该算法无需做开方运算，利用单片机内的乘法器即可完成，具有对硬件要求低，计算速度快的特点。本实施例中采用了简单的交流信号调理电路，对测量信号的衰减小，采用较为简化的快速均方算法，实际测量的值是交流电量的真有效值，所以测量精度较其他方式大为提高，通常的测量精度只能达到5％，而本发明的测量精度可以达到1％。
红外发射/接收电路采用单红外发射管实现红外发射和输出功能，包括信号输入端、信号输出端、控制端、发射管、发射放大器和接收放大器，所述的信号输入端、信号输出端和控制端分别与控制器电连接，信号输入端电连接发射放大器，发射放大器的输出端电连接发射管的正极，发射管的负极连接控制端，发射管正极和控制端之间并联着接收放大器，信号输出端电连接接收放大器。图5为本实施例中红外发射/接收电路的电气原理图，其中，信号输入端为IR_TX端，信号输出端为端，控制端为IR_CONF端，发射放大器为Q4，接收放大器包括两个，分别是Q2和Q3，图中IR1为发射管。红外发射/接收电路常态为接收状态，每隔一个固定的时间，控制器将红外发射/接收电路切换为发送状态对外发送数据，间隔时间的长度可根据实际采样要求设定，间隔时间可以为一分钟。红外发射/接收电路的状态切换也可以由内部程序触发，当控制器检测到有采样信号输入时，通过输出电平切换红外发射/接收电路为发射状态，同时向外发送数据。
控制器具有数据处理和传感器校准功能，本实施例中控制器采用单片机N76E003，引脚排布如图6：模数转换后的数字信号由引脚19输入；红外发射/接收电路的状态切换由引脚12控制，引脚12为低电平时，红外发射/接收电路为发射状态，信号经引脚11输出到红外发射/接收电路的信号输入端IR_TX，在经过发射放大器Q4放大后，由发射管IR1发射输出红外信号；引脚12输出高电平时，红外发射/接收电路切换为接收状态，外部红外信号输入由红外发射/接收电路的发射管IR1接收，经接收放大器Q2和Q3放大后，由信号输出端为端输出到控制器的引脚6,控制器对信号进行处理，若为校准信号，控制器执行校准程序。校准程序是校准测量值使之与规定的值相等，这个规定的值由厂家统一规定。
本发明中采用可切换发射或接收状态红外电路，同时具有发射数据和接收信号功能，接收信号为校准信号时，能够通过控制器对传感器进行校准；同时利用信号调理电路对采样信号进行处理，提高测量精度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可实现红外校准的传感器电路模块，其特征在于，包括信号调理电路、模数转换电路、红外发射/接收电路和控制器：
信号调理电路，用以对采样信号进行调理处理；
模数转换电路，电连接信号调理电路和控制器，用以将调理后的采样信号进行模数转换，并传输到控制器；
红外发射/接收电路，电连接控制器，处于发射状态时将控制器处理后的采样信号发射出去，处于接收状态时将外部输入的红外信号传输到控制器，触发控制器执行传感器校准程序；
控制器，用以数据处理和传感器校准，控制切换红外发射/接收电路的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种可实现红外校准的传感器电路模块，其特征在于，所述的信号调理电路对采样信号的调理处理方法为，将采样信号调整为单向脉动电压信号。
3.根据权利要求2所述的一种可实现红外校准的传感器电路模块，其特征在于，所述的控制器对采样信号的处理方法为，将单向脉动电压信号经模数转换电路转换后的数字信号进行快速均方算法处理，并计算出采样信号的交流值。
4.根据权利要求1所述的一种可实现红外校准的传感器电路模块，其特征在于，所述的红外发射/接收电路包括信号输入端、信号输出端、控制端、发射管、发射放大器和接收放大器，所述的信号输入端、信号输出端和控制端分别与控制器电连接，信号输入端电连接发射放大器，发射放大器的输出端电连接发射管的正极，发射管的负极连接控制端，发射管正极和控制端之间并联着接收放大器，信号输出端电连接接收放大器。
5.根据权利要求4所述的一种可实现红外校准的传感器电路模块，其特征在于，所述的接收放大器包括有两个运算放大器。
6.根据权利要求1所述的一种可实现红外校准的传感器电路模块，其特征在于，红外发射/接收电路常态为接收状态，当控制器检测到采样信号输入时，控制器将红外发射/接收电路切换为发送状态对外发送数据。
7.根据权利要1求所述的一种可实现红外校准的传感器电路模块，其特征在于，红外发射/接收电路常态为接收状态，每隔一个固定的时间，控制器将红外发射/接收电路切换为发送状态对外发送数据。
8.根据权利要求1或6或7所述的一种可实现红外校准的传感器电路模块，其特征在于，传感器的校准方法为：校准时，控制器控制红外发射/接收电路切换为接收状态，外部红外信号输入由红外发射/接收电路进入控制器，控制器对信号进行处理，若为校准信号，控制器执行校准程序。
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