CN108896469A - 一种谷物损失传感器的信号采集电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种谷物损失传感器的信号采集电路。包括依次串联连接的电荷—电压转换电路、绝对值电路、带通滤波电路，将谷物损失传感器输出的电荷信号调理为适于传输与处理的电压信号，并将除籽粒冲击信号外的噪声信号进行滤除；通过DSP微控制器控制两片级联的A/D转换器对经信号调理单元调理的8*8感测模块的输出信号进行同步采集，为损失籽粒的统计提供可靠数据源；电源电路为信号调理单元及信号采集电路供电。本发明设计结构紧凑、性能优良、性价比高，为谷物损失传感器的推广使用提供可能。
Description
技术领域
本发明涉及了一种传感器的信号采集电路，尤其涉及了一种谷物损失传感器的信号采集电路。
背景技术
为提高联合收割机的工作质量及生产效率，必须对联合收割机的收获损失进行实时检测。近年来，国内外一些专家学者针对应用于联合收割机的谷物损失检测装置开展了一系列研究。专利CN201611039729.5提出一种基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器，将该装置安装于联合收割机的清选筛尾端，可以实现对某时刻下损失的多个籽粒进行识别与统计，弥补了谷物损失检测装置的研究中大多仅针对单一籽粒进行检测的缺陷。
专利CN201611039729.5提出的基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器工作原理为：联合收割机在田间进行收获作业时，从分离及清选机构抛洒出的清选物料会以一定速度冲击谷物损失传感器的敏感材料—PVDF压电薄膜。由于压电效应，谷物损失传感器会输出与清选物料冲击力成一定比例的电荷信号，但该电荷信号微弱，仅为皮库级，且冲击力的传递效率导致上层PVDF压电薄膜及下层PVDF压电薄膜输出的电荷量存在差异，易受到联合收割机机体振动噪声及清选杂余物料冲击信号的干扰。因此，有必要针对专利CN201611039729.5提出的基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器设计与之匹配的信号采集电路，在强噪声干扰背景下对同一时刻下的多谷粒冲击信号进行识别与采集，为量化联合收割机在收获过程中造成的谷物损失提供可靠的数据支持。
目前，对基于PVDF的传感器的输出信号调理常使用电荷放大器，电荷放大器内部设置有可调增益放大器和可调滤波器部分，可以根据实际需求对放大器的增益和滤波器的通频带进行设置，以对传感器输出的冲击、振动等信号进行测量。但电荷放大器体积较大，使用会受到现场环境的限制；且单台电荷放大器的测量通道有限，价格较高，一般8通道的电荷放大器单价均在上万元左右，性价比较低。如果对经电荷放大器调理后的传感器输出信号进行采集，还需要外接数据采集卡。传感器、电荷放大器及数据采集卡间需要通过较复杂的线缆连接，而外界的噪声很容易通过线缆对有益信号产生串扰。因此，针对基于PVDF的传感器，有必要设计一种成本低、集成度高、便于安装与使用的的信号采集电路。
发明内容
本发明的目的是提出了一种谷物损失传感器的信号采集电路，将基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器输出的微弱电荷信号调理为适于后级模块传输与处理的电压信号，将谷粒冲击信号从强噪声干扰背景中提取出来，对同一时刻下多个谷粒的冲击信号进行区分与统计。
本发明为解决上述问题所采取的技术方案是：
本发明包括主要由电荷—电压转换电路、绝对值电路和带通滤波电路依次顺序连接构成的信号调理单元、两片A/D转换器级联构成的多通道信号同步采集单元及以DSP微控制器为核心的控制单元；谷物损失传感器的各个上、下感测模块经各自的信号调理单元连接到多通道信号同步采集单元的输入端，多通道信号同步采集单元连接到DSP微控制器，由上、下感测模块各自构成上、下感测层。
谷物损失传感器主要由上、下感测层组成，上感测层是由上感测模块排列构成，下感测层是由下感测模块排列构成。
信号调理单元将谷物损失传感器输出的微弱电荷信号调理为适于后级处理与传输的电压信号，抑制信号调理单元输入端的噪声拾取，并从强噪声干扰背景中提取出谷物冲击信号；信号采集单元对信号调理单元的各阵列输出信号进行同步采集；为以DSP微控制器为核心的控制单元对同一时刻多谷粒冲击谷物损失传感器的信号进行判别与统计提供可靠数据，提高了对损失谷物的检测准确度，为量化联合收割机收获过程中造成的粮食损失提供可靠数据源。
本发明为针对专利申请CN201611039729.5中提出的基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器而进行的信号采集电路的设计。本发明中，谷物损失传感器是指专利申请CN201611039729.5中x向传感器层、绝缘片、y向传感器层和支撑板构成的颗粒碰撞传感器，上、下感测层是指x向传感器层和y向传感器层，上、下感测模块是指x向传感单元和y向传感单元，上、下感测模块各自平行排布组合形成上、下层感测阵列，上、下分别是指x向和y向。
本发明具体实施中不同于专利申请CN201611039729.5中的5×5阵列，本发明具体实施采用的上感测模块及下感测模块各8个组成的8×8阵列。
所述的电荷—电压转换电路包括运放U1A、限流电阻R1、反馈电容Cf、反馈电阻Rf、对地电阻R3和电位器R2；运放U1A的同相及反相输入端作为电荷—电压转换电路的输入端，谷物损失传感器的上、下感测模块的正极端子经过限流电阻R1连接至运放U1A的反相输入端，上、下感测模块的负极端子连接至运放U1A的同相输入端；反馈电容Cf和反馈电阻Rf并联后的一端G连接至运放U1A的反相输入端，反馈电阻Rf通过定值电阻Rf1与电位器Rf2串联构成；反馈电容Cf和反馈电阻Rf并联后的另一端H通过电位器R2连接至运放U1A的输出端，运放U1A的输出端作为电荷—电压转换电路的输出端；反馈电容Cf和反馈电阻Rf并联后的另一端H经定值电阻R3接地。
通过电位器R2与定值电阻R3的配合实现电荷—电压转换电路的增益设置以及上、下层信号调理单元增益间的比例关系设置。
所述的绝对值电路包括运放U2A和运放U2B，运放U2A的反相输入端作为绝对值电路的输入端并与电荷—电压转换电路的输出端经过电阻R0相连接，运放U2A的反相输入端依次经电阻R4和二极管D1连接到自身的输出端，运放U2A的反相输入端依次经电阻R5和二极管D2连接到自身的输出端，运放U2A的同相输入端直接接地；电阻R4和二极管D1之间引出点T经电阻R6连接到运放U2B的反相输入端，电阻R5和二极管D2之间引出点F连接到运放U2B的同相输入端，运放U2B的反相输入端经电阻R7连接到自身的输出端，运放U2B的输出端作为绝对值电路的输出端。
所述的带通滤波器主要由二阶切比雪夫高通滤波器和二阶切比雪夫低通滤波器级联构成；二阶切比雪夫高通滤波器包括运放U3、电容C13、电容C14、输入端电阻R8、输入端电阻R16、对地电阻R9、反馈电阻R10和反馈电阻R14；运放U3的反相输入端2依次经电容C13、输入端电阻R16后与输入端电阻R8的一端连接，输入端电阻R8的另一端作为带通滤波器的输入端并连接到绝对值电路的输出端，电容C13和输入端电阻R16之间引出点I经电阻R9接地，点I经电容C14连接到运放U3的输出端6，运放U3的反相输入端2依次经反馈电阻R10和反馈电阻R14连接到运放U3的输出端6。
二阶切比雪夫低通滤波器包括运放U4、电容C15、电容C16、输入端电阻R11、输入端电阻R17、对地电阻R12、反馈电阻R13和反馈电阻R15；运放U4的反相输入端2依次经电容C15、输入端电阻R17后与输入端电阻R11的一端连接，输入端电阻R11的另一端连接到运放U3的输出端6，电容C15和输入端电阻R17之间引出点O经电阻R12接地，点O经电容C16连接到运放U4的输出端6，运放U4的反相输入端2依次经反馈电阻R13和反馈电阻R15连接到运放U3的输出端6；电阻R16、R9、R14设置为电位器进行高通滤波器中心频率f1的调节；电阻R17、R12、R15设置为电位器进行低通滤波器中心频率f2的调节。
所述的多通道信号同步采集单元和控制单元中，第一A/D转换器U5的信号输入端V1-V8分别电气连接至上感测层的带通滤波电路的输出端，第二A/D转换器U6的信号输入端V1-V8分别电气连接至下感测层的带通滤波电路的输出端；第一A/D转换器U5的复位引脚RST1与第二A/D转换器U6的复位引脚RST2级联后电气连接至DSP微控制器的GPIO13引脚；DSP微控制器的GPIO61引脚与从动传送使能引脚SPISTEA通过或门U8A电气连接至第一A/D转换器U5的片选引脚CS1，DSP微控制器的GPIO引脚60与从动传送使能引脚SPISTEA通过或门U8B电气连接至第二A/D转换器U6的片选引脚CS2；第一A/D转换器U5的输出繁忙引脚BUSY1与第二A/D转换器U6的输出繁忙引脚BUSY2级联后电气连接至DSP微控制器的GPIO48引脚，第一A/D转换器U5的转换开始输入引脚CONSTA1、CONSTB2与第二A/D转换器U6的转换开始输入引脚CONSTA2、CONSTB2级联后电气连接至DSP微控制器的GPIO引脚49；DSP微控制器的SPI时钟引脚SPICLKA通过非门U9分别连接至第一A/D转换器U5的串行时钟输入引脚SCLK1及第二A/D转换器U6的串行时钟输入引脚SCLK2；第一A/D转换器U5的串行接口数据输出引脚DOUT1与第二A/D转换器U6的串行接口数据输出引脚DOUT2级联后连接至DSP微控制器的SPI从机输出/主机输入引脚SPISOMIA。
所述的DSP微控制器选择浮点型控制器TMS320F28335。
还包括有电源电压转换模块，电源电压转换模块包括：车载电源的24V直流电压通过稳压模块转换至±15V电压，为绝对值电路及滤波电路供电；±15V电压通过稳压芯片转换至±5V电压，±5V电压为电荷—电压转换电路供电，+5V电压为A/D转换器及DSP微控制器供电；+5V电压通过稳压芯片转换至3.3V及1.9V电压，其中，3.3V电压为A/D转换器的逻辑输入引脚及DSP微控制器的GPIO引脚，1.9V电压为DSP微控制器的内核供电。
所述的A/D转换器采用16位、8通道同步模数数据采集系统AD7606。
根据上述基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器受到清选物料冲击后输出信号的特征，设计了由依次串联连接的电荷—电压转换电路、绝对值电路、带通滤波电路构成的信号调理单元，两片A/D转换器级联构成的多通道信号同步采集单元及以DSP微控制器为核心的控制单元，电源电路为上述各级单元提供供电电源。
本发明的各路电源通过联合收割机机载24V直流电源转换而来，所使用的运放供电电源为±5V及±15V，AD7606及DSP微控制器的供电电源为5V，AD7606的驱动电压及DSP微控制器的GPIO引脚供电电压3.3V，DSP的内核供电电压为1.9V。
本发明的有益效果为：
与现有技术相比，本发明实现了微弱电荷信号至电压信号的转换，减小信号调理电路输入端噪声的拾取，增益设置简便；绝对值电路的引入减小后续控制单元对籽粒由于冲击角度的差异而造成的对损失籽粒的统计误差；带通滤波电路可方便地设置通带频率，将籽粒冲击信号从联合收割机振动及杂余物料冲击信号的干扰中有效识别出来；信号采集电路可以对同一时刻下经调理后的多籽粒冲击信号进行同步采集，为籽粒损失信号的统计提供可靠数据源。该信号调理及信号采集电路结构紧凑、性能优良，且成本相对较低、与谷物损失传感器的连接简单，适合谷物收获现场中在联合收割机上的应用。
附图说明
图1为本发明的信号处理模块连接示意图；
图2为本发明的电荷—电压转换电路的电路示意图；
图3为本发明的绝对值电路的电路示意图；
图4为本发明的带通滤波电路的电路示意图；
图5为本发明的A/D转换器与DSP微控制器的电气连接示意图；
图6为本发明的电源电路结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明为针对专利申请CN201611039729.5中提出的基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器而进行的信号采集电路的设计。本发明中，谷物损失传感器是指专利申请CN201611039729.5中x向传感器层、绝缘片、y向传感器层和支撑板构成的颗粒碰撞传感器，上、下感测层是指x向传感器层和y向传感器层，上、下感测模块是指x向传感单元和y向传感单元，上、下感测模块各自平行排布组合形成上、下层感测阵列，上、下分别是指x向和y向。
本发明具体实施中不同于专利申请CN201611039729.5中的5×5阵列，本发明具体实施采用的上感测模块及下感测模块各8个组成的8×8阵列。
本发明针对申请CN201611039729.5中的x向各个传感单元和y向各个传感单元均设计了与之匹配的信号调理单元，各个信号调理单元的结构完全一致，故以下说明中仅对1路信号调理单元的结构设计进行详细说明，其余15路信号调理单元与其进行同样的操作。
如图1所示，谷物损失传感器上感测层及下感测层中各个感测模块的输出分别连接至各自依次串联连接的电荷—电压转换电路、绝对值电路以及带通滤波电路构成的信号调理单元；谷物损失传感器的各个上、下感测模块经各自的信号调理单元连接到多通道信号同步采集单元的输入端；由DSP微控制器控制两片A/D转换器对经调理后的上感测层及下感测层中各个感测模块输出的信号进行同步采集；由电源电路为本发明供电。
如图2所示，所述的电荷—电压转换电路包括运放U1A、限流电阻R1、反馈电容Cf、反馈电阻Rf、对地电阻R3、电位器R2构成；
运放U1A的同相及反相输入端作为电荷—电压转换电路的输入端，谷物损失传感器的上(下)感测模块的正极端子经过限流电阻R1连接至运放U1A的反相输入端，上(下)感测模块的负极端子连接至运放U1A的同相输入端；反馈电容Cf和反馈电阻Rf并联后的一端G连接至运放U1A的反相输入端，反馈电阻Rf通过定值电阻Rf1与电位器Rf2串联构成；反馈电容Cf和反馈电阻Rf并联后的另一端H通过电位器R2连接至运放U1A的输出端，运放U1A的输出端作为电荷—电压转换电路的输出端；反馈电容Cf和反馈电阻Rf并联后的另一端H经定值电阻R3接地；电容C3、C4为运放U1A供电电压-5V的去耦电容；电容C1、C2为运放U1A供电电压+5V的去耦电容；电荷—电压转换电路的输出端连接至绝对值电路的输入端。
通过电位器R2与定值电阻R3的配合实现电荷—电压转换电路的增益设置以及上、下层信号调理单元增益间的比例关系设置。
本发明的电荷—电压转换电路为差分拓扑结构，以抵消自身的输入端从外界引入的共模干扰。电荷—电压转换电路的输入端和输出端之间的回路作为反馈回路，反馈回路中使用一个电位器Rf2调节时间常数，以设置电荷—电压转换电路的频率响应特性。
具体实施中，电荷—电压转换电路中的核心器件运放选择AD8608，该器件具有极低失调电压、低输入电压和低偏置电流以及宽信号带宽特性，满足对PVDF压电薄膜输出的高阻抗信号进行调理的需求，且AD8608集成四路运放，通过4片即可实现16阵列的电荷—电压转换电路设计。
电荷—电压转换电路中在运放U1A输入端添加屏蔽环保护，削弱电路板的泄露电流对运放性能的影响；屏蔽环具体实施的时候是采用在电路板设计中，绕运放AD8608的同相输入端与反相输入端的布线形成环形区域，将该环形区域连接至运放AD8608的同相输入端形成一条低阻抗路径，以将漏电流通过该低阻抗路径导走，减小对被测的籽粒冲击信号的影响。
电荷—电压转换电路的感测增益通过调整串联于运放输出端与反馈回路输出端H间的电阻R2及反馈回路输出端H与接地点间的电阻R3进行设置，感测增益由电位器R2/电阻R3的比值关系决定。从联合收割机抛洒出的清选物料对谷物损失传感器的冲击信号由上感测层传递至下感测层存在力的传递效率n(n<0)，下感测层的电荷—电压转换电路的感测增益K2与上感测层的电荷—电压转换电路的感测增益K1之间的关系设置为K1＝nK2，同一感测层的电荷—电压转换电路具有相同的感测增益。
如图3所示，所述的绝对值电路包括运放U2A和运放U2B，运放U2A的反相输入端作为绝对值电路的输入端并与电荷—电压转换电路的输出端经过电阻R0相连接，运放U2A的反相输入端依次经电阻R4和二极管D1连接到自身的输出端，运放U2A的反相输入端依次经电阻R5和二极管D2连接到自身的输出端，运放U2A的同相输入端直接接地；电阻R4和二极管D1之间引出点T经电阻R6连接到运放U2B的反相输入端，电阻R5和二极管D2之间引出点F连接到运放U2B的同相输入端，运放U2B的反相输入端经电阻R7连接到自身的输出端，运放U2B的输出端作为绝对值电路的输出端；电容C5、C6为运放U2A供电电压-15V的去耦电容，电容C7、C8为运放U2A供电电压+15V的去耦电容；电容C9、C10为运放U2B供电电压-15V的去耦电容，电容C11、C12为运放U2B供电电压+15V的去耦电容。
具体实施中，运放U2A和运放U2B均选择高精度、低功率耗散的运放LT1001。
当电荷—电压转换电路中运放U1A的输出端引脚1输出正值电压时，绝对值电路的二极管D1导通，二极管D2截止，两个运放U2A及U2B均表现为反向电压跟随器，运放U2B的输出端引脚6输出的电压与运放U1A的输出端引脚1输出的正值电压相等。
当电荷—电压转换电路中运放U1A的输出端引脚1输出负值电压时，绝对值电路的二极管D2导通，二极管D1截止，运放U2A输出端引脚13的输出电压为运放U1A输出端引脚1的输出电压的-2/3，运放U2B将运放U2A输出端引脚13的输出电压进行3/2倍同相放大，运放U2B输出端引脚6输出与运放U1A的输出端引脚1输出的负值电压幅值相等的正值电压。
绝对值电路能将由于清选物料冲击谷物损失传感器的角度差异而导致的负值电信号转换为正值电信号，减小对籽粒冲击信号的统计误差。
如图4所示，所述的带通滤波器主要由二阶切比雪夫高通滤波器和二阶切比雪夫低通滤波器级联构成，电路结构选择无限增益(MFB)拓扑；
每级滤波器均由高精度、低噪声的高速运放OPA627、两个电容、输入端电阻、对地电阻及反馈电阻构成。输入端电阻、对地电阻及反馈电阻中均设置有电位器，根据实际工况中籽粒冲击信号的频率特征实现对滤波器中心频率的调节，保证通带内的籽粒冲击信号不失真地通过，通带外杂余物料的冲击信号及联合收割机机组的振动噪声得到快速衰减。
二阶切比雪夫高通滤波器包括运放U3、电容C13、电容C14、输入端电阻R8、输入端电阻R16、对地电阻R9、反馈电阻R10和反馈电阻R14；
运放U3的反相输入端2依次经电容C13、输入端电阻R16后与输入端电阻R8的一端连接，输入端电阻R8的另一端作为带通滤波器的输入端并连接到绝对值电路的输出端，电容C13和输入端电阻R16之间引出点I经电阻R9接地，点I经电容C14连接到运放U3的输出端6，运放U3的反相输入端2依次经反馈电阻R10和反馈电阻R14连接到运放U3的输出端6；电容C17、C18为运放U3供电电压-15V的去耦电容，电容C19、C20为运放U3供电电压+15V的去耦电容。
二阶切比雪夫低通滤波器包括运放U4、电容C15、电容C16、输入端电阻R11、输入端电阻R17、对地电阻R12、反馈电阻R13和反馈电阻R15；运放U4的反相输入端2依次经电容C15、输入端电阻R17后与输入端电阻R11的一端连接，输入端电阻R11的另一端连接到运放U3的输出端6，电容C15和输入端电阻R17之间引出点O经电阻R12接地，点O经电容C16连接到运放U4的输出端6，运放U4的反相输入端2依次经反馈电阻R13和反馈电阻R15连接到运放U3的输出端6；电容C21、C22为运放U4供电电压-15V的去耦电容，电容C23、C24为运放U4供电电压+15V的去耦电容；
具体实施特殊地将电阻R16、R9、R14设置为电位器，进行高通滤波器中心频率f1的调节；电阻R17、R12、R15设置为电位器，进行低通滤波器中心频率f2的调节，以适应实际工况中籽粒冲击信号的频率特征，对籽粒冲击信号进行有效提取，通带外的噪声干扰进行快速衰减；
具体实施中，运放U3和运放U4均选择高精度、低噪声的高速运放OPA267。
如图5所示，采用DSP微控制器通过SPI串行通信方式与两片级联的16位、8通道的A/D转换器AD7606进行数据交互，实现对调理后的谷物损失传感器的上、下感测层的16阵列输出信号进行同步采集；
所述的多通道信号同步采集单元和控制单元中，第一A/D转换器U5的信号输入端V1-V8分别电气连接至上感测层的带通滤波电路的输出端(即运放U4的输出端引脚6)，第二A/D转换器U6的信号输入端V1-V8分别电气连接至下感测层的带通滤波电路的输出端(即运放U4的输出端引脚6)；第一A/D转换器U5的复位引脚RST1与第二A/D转换器U6的复位引脚RST2级联后电气连接至DSP微控制器的GPIO13引脚；DSP微控制器的GPIO61引脚与从动传送使能引脚SPISTEA通过或门U8A电气连接至第一A/D转换器U5的片选引脚CS1，DSP微控制器的GPIO引脚60与从动传送使能引脚SPISTEA通过或门U8B电气连接至第二A/D转换器U6的片选引脚CS2；第一A/D转换器U5的输出繁忙引脚BUSY1与第二A/D转换器U6的输出繁忙引脚BUSY2级联后电气连接至DSP微控制器的GPIO48引脚，第一A/D转换器U5的转换开始输入引脚CONSTA1、CONSTB2与第二A/D转换器U6的转换开始输入引脚CONSTA2、CONSTB2级联后电气连接至DSP微控制器的GPIO引脚49；DSP微控制器的SPI时钟引脚SPICLKA通过非门U9分别连接至第一A/D转换器U5的串行时钟输入引脚SCLK1及第二A/D转换器U6的串行时钟输入引脚SCLK2；第一A/D转换器U5的串行接口数据输出引脚DOUT1与第二A/D转换器U6的串行接口数据输出引脚DOUT2级联后连接至DSP微控制器的SPI从机输出/主机输入引脚SPISOMIA。
第一A/D转换器U5的模拟电源电压引脚AVCC1连接至5V电压，电容C34一端连接至AVCC1，另一端连接至模拟地AGND，对模拟电源电压引脚AVCC1进行去耦；第一A/D转换器U5的逻辑电源输入引脚VDRIVE1连接至3.3V电压，电容C26一端连接至VDRIVE1，另一端连接至数字地DGND，对逻辑电源输入引脚VDRIVE1进行高频滤波。
第二A/D转换器U6的模拟电源电压引脚AVCC2连接至5V电压，电容C28一端连接至AVCC2，另一端连接至模拟地AGND，对模拟电源电压引脚AVCC2进行去耦；第二A/D转换器U6的逻辑电源输入引脚VDRIVE2连接至3.3V电源，电容C27一端连接至VDRIVE2，另一端连接至数字地DGND，对逻辑电源输入引脚VDRIVE1进行高频滤波。
具体实施中，DSP微控制器选择高精度浮点型控制器TMS320F28335。
信号调理单元的输出作为A/D转换器的输入，A/D转换器采用2片16位8通道同步采样模数数据采集系统AD7606级联实现对双层十字交叉结构的谷物损失传感器的16阵列感测信号进行同步采集，A/D转换器通过SPI串行通信方式实现与DSP微控制器的数据交互。
如图6所示，具体实施还可包括为上述各个单元提供供电电源的电源电路，各路电源均通过联合收割机机载24V直流电源转换而来。
本发明中所使用的电源电压转换过程为：车载电源的24V直流电压通过稳压模块转换至±15V电压，为绝对值电路及滤波电路供电；±15V电压通过稳压芯片转换至±5V电压，±5V电压为电荷—电压转换电路供电，+5V电压为A/D转换器及DSP微控制器供电；+5V电压通过稳压芯片转换至3.3V及1.9V电压，其中，3.3V电压为A/D转换器的逻辑输入引脚及DSP微控制器的GPIO引脚，1.9V电压为DSP微控制器的内核供电。
Claims (8)
1.一种谷物损失传感器的信号采集电路，其特征在于：包括主要由电荷—电压转换电路、绝对值电路和带通滤波电路依次顺序连接构成的信号调理单元、两片A/D转换器级联构成的多通道信号同步采集单元及以DSP微控制器为核心的控制单元；谷物损失传感器的各个上、下感测模块经各自的信号调理单元连接到多通道信号同步采集单元的输入端，多通道信号同步采集单元连接到DSP微控制器，由上、下感测模块各自构成上、下感测层。
2.根据权利要求1所述的一种谷物损失传感器的信号采集电路，其特征在于：所述的电荷—电压转换电路包括运放U1A、限流电阻R1、反馈电容Cf、反馈电阻Rf、对地电阻R3和电位器R2；运放U1A的同相及反相输入端作为电荷—电压转换电路的输入端，谷物损失传感器的上、下感测模块的正极端子经过限流电阻R1连接至运放U1A的反相输入端，上、下感测模块的负极端子连接至运放U1A的同相输入端；反馈电容Cf和反馈电阻Rf并联后的一端G连接至运放U1A的反相输入端，反馈电阻Rf通过定值电阻Rf1与电位器Rf2串联构成；反馈电容Cf和反馈电阻Rf并联后的另一端H通过电位器R2连接至运放U1A的输出端，运放U1A的输出端作为电荷—电压转换电路的输出端；反馈电容Cf和反馈电阻Rf并联后的另一端H经定值电阻R3接地。
3.根据权利要求1所述的一种谷物损失传感器的信号采集电路，其特征在于：所述的绝对值电路包括运放U2A和运放U2B，运放U2A的反相输入端作为绝对值电路的输入端并与电荷—电压转换电路的输出端经过电阻R0相连接，运放U2A的反相输入端依次经电阻R4和二极管D1连接到自身的输出端，运放U2A的反相输入端依次经电阻R5和二极管D2连接到自身的输出端，运放U2A的同相输入端直接接地；电阻R4和二极管D1之间引出点T经电阻R6连接到运放U2B的反相输入端，电阻R5和二极管D2之间引出点F连接到运放U2B的同相输入端，运放U2B的反相输入端经电阻R7连接到自身的输出端，运放U2B的输出端作为绝对值电路的输出端。
4.根据权利要求1所述的一种谷物损失传感器的信号采集电路，其特征在于：所述的带通滤波器主要由二阶切比雪夫高通滤波器和二阶切比雪夫低通滤波器级联构成；
二阶切比雪夫高通滤波器包括运放U3、电容C13、电容C14、输入端电阻R8、输入端电阻R16、对地电阻R9、反馈电阻R10和反馈电阻R14；运放U3的反相输入端2依次经电容C13、输入端电阻R16后与输入端电阻R8的一端连接，输入端电阻R8的另一端作为带通滤波器的输入端并连接到绝对值电路的输出端，电容C13和输入端电阻R16之间引出点I经电阻R9接地，点I经电容C14连接到运放U3的输出端6，运放U3的反相输入端2依次经反馈电阻R10和反馈电阻R14连接到运放U3的输出端6；
二阶切比雪夫低通滤波器包括运放U4、电容C15、电容C16、输入端电阻R11、输入端电阻R17、对地电阻R12、反馈电阻R13和反馈电阻R15；运放U4的反相输入端2依次经电容C15、输入端电阻R17后与输入端电阻R11的一端连接，输入端电阻R11的另一端连接到运放U3的输出端6，电容C15和输入端电阻R17之间引出点O经电阻R12接地，点O经电容C16连接到运放U4的输出端6，运放U4的反相输入端2依次经反馈电阻R13和反馈电阻R15连接到运放U3的输出端6；电阻R16、R9、R14设置为电位器进行高通滤波器中心频率f1的调节；电阻R17、R12、R15设置为电位器进行低通滤波器中心频率f2的调节。
5.根据权利要求1所述的一种谷物损失传感器的信号采集电路，其特征在于：所述的多通道信号同步采集单元和控制单元中，第一A/D转换器U5的信号输入端V1-V8分别电气连接至上感测层的带通滤波电路的输出端，第二A/D转换器U6的信号输入端V1-V8分别电气连接至下感测层的带通滤波电路的输出端；第一A/D转换器U5的复位引脚RST1与第二A/D转换器U6的复位引脚RST2级联后电气连接至DSP微控制器的GPIO13引脚；DSP微控制器的GPIO61引脚与从动传送使能引脚SPISTEA通过或门U8A电气连接至第一A/D转换器U5的片选引脚CS1，DSP微控制器的GPIO引脚60与从动传送使能引脚SPISTEA通过或门U8B电气连接至第二A/D转换器U6的片选引脚CS2；第一A/D转换器U5的输出繁忙引脚BUSY1与第二A/D转换器U6的输出繁忙引脚BUSY2级联后电气连接至DSP微控制器的GPIO48引脚，第一A/D转换器U5的转换开始输入引脚CONSTA1、CONSTB2与第二A/D转换器U6的转换开始输入引脚CONSTA2、CONSTB2级联后电气连接至DSP微控制器的GPIO引脚49；DSP微控制器的SPI时钟引脚SPICLKA通过非门U9分别连接至第一A/D转换器U5的串行时钟输入引脚SCLK1及第二A/D转换器U6的串行时钟输入引脚SCLK2；第一A/D转换器U5的串行接口数据输出引脚DOUT1与第二A/D转换器U6的串行接口数据输出引脚DOUT2级联后连接至DSP微控制器的SPI从机输出/主机输入引脚SPISOMIA。
6.根据权利要求5所述的一种谷物损失传感器的信号采集电路，其特征在于：所述的DSP微控制器选择浮点型控制器TMS320F28335。
7.根据权利要求1所述的一种谷物损失传感器的信号采集电路，其特征在于：还包括有电源电压转换模块，电源电压转换模块包括：车载电源的24V直流电压通过稳压模块转换至±15V电压，为绝对值电路及滤波电路供电；±15V电压通过稳压芯片转换至±5V电压，±5V电压为电荷—电压转换电路供电，+5V电压为A/D转换器及DSP微控制器供电；+5V电压通过稳压芯片转换至3.3V及1.9V电压，其中，3.3V电压为A/D转换器的逻辑输入引脚及DSP微控制器的GPIO引脚，1.9V电压为DSP微控制器的内核供电。
8.根据权利要求1所述的一种谷物损失传感器的信号采集电路，其特征在于：所述的A/D转换器采用16位、8通道同步模数数据采集系统AD7606。
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