CN115267340B - 一种基于等电势屏蔽的检测电路及装置 - Google Patents

一种基于等电势屏蔽的检测电路及装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及传感器的技术领域，尤其是涉及一种基于等电势屏蔽的检测电路及装置，其包括：行控制电路的第一连接端用于连接于阵列压阻式传感器的行引线，行控制电路的控制端与用于输出控制信号的主控芯片连接，行控制电路的第二连接端连接于第一电源端，行上拉电阻器与行引线连接，行上拉电阻器的另一端连接于第二电源端，每根行引线对应一行上拉电阻器，阵列压阻式传感器的每根列引线均连接一反向加法器的输入端，反向加法器的输出端连接于列控制电路的第一连接端，反向加法器的参考电压端连接于第二电源端，列控制电路的控制端连接于主控芯片，列控制电路的第二连接端连接于ADC模块。本申请具有增加阵列压阻式传感器检测结果的准确性的效果。

Description

一种基于等电势屏蔽的检测电路及装置
技术领域
本申请涉及传感器的技术领域，尤其是涉及一种基于等电势屏蔽的检测电路及装置。
背景技术
阵列压阻式传感器用于检测受力大小，其包括多个触元，在触元受力后，电阻值会出现对应变化，所以能够通过电阻值变化转换出触元所受力的大小。
但是，由于行与列上的触元是相连组成了电阻网络，即使选中了其中某个触元进行检测，也会由于触元间的回路干扰导致被选中触元的阻值检测不准确，从而导致最终转换出的受力大小不准确。
发明内容
为了增加阵列压阻式传感器检测结果的准确性，本申请提供了一种基于等电势屏蔽的检测电路及装置。
第一方面，本申请提供的一种基于等电势屏蔽的检测电路及装置采用如下的技术方案：
一种基于等电势屏蔽的检测电路，应用于对阵列压阻式传感器的检测，所述阵列压阻式传感器包括多个触元、多根行引线和多根列引线，所述触元的一端连接于所述行引线，所述触元的另一端连接于所述列引线，包括至少一组行控制电路、行上拉电阻器、至少一组列控制电路、多组屏蔽电路、ADC模块、第一电源端和第二电源端，每组所述屏蔽电路均包括反向加法器和行上拉电阻器；
所述行控制电路的第一连接端用于连接于所述阵列压阻式传感器的行引线，所述行控制电路的控制端与用于输出控制信号的主控芯片连接，所述行控制电路的第二连接端连接于第一电源端，所述行上拉电阻器与所述行引线连接，所述行上拉电阻器的另一端连接于第二电源端，每根所述行引线对应一所述行上拉电阻器，所述阵列压阻式传感器的每根列引线均连接一所述反向加法器的输入端，所述反向加法器的输出端连接于列控制电路的第一连接端，所述反向加法器的参考电压端连接于所述第二电源端，所述列控制电路的控制端连接于所述主控芯片，所述列控制电路的第二连接端连接于所述ADC模块；
所述行控制电路用于接受所述主控芯片的控制从而控制采集行；
所述列控制电路用于接受所述主控芯片的控制从而控制采集列，且接收所述反向加法器的采集信号，将所述采集信号传输至所述ADC模块；
所述ADC模块用于将接收的所述采集信号转换为数字信号并传输至所述主控芯片；
所述屏蔽电路用于为未被采集的所述触元提供电势，以使未被采集的所述触元的两端电势相同；
所述第一电源端的电压与所述第二电源端的电压不同。
通过采用上述技术方案，主控芯片利用行控制电路和列控制电路选中触元，从而对选中的触元进行检测，利用第一电源端和第二电源端电压不同，即存在压差，计算被选中的触元的阻值，根据检测的阻值转换出对应的所受力的大小。同时，由于屏蔽电路能够为未被选中的触元两端提供相等的电势，进而使未被选中的触元即使阻值发生变化，也不会有电流通过，减小了由于未被选中的触元中有电流通过影响检测结果的可能性，提高了检测结果的准确性。
可选的，所述反向加法器包括运算放大器、电阻器A和电阻器B，所述电阻器A的一端连接与所述列引线，所述电阻器A的另一端连接于运算放大器的负输入端，所述电阻器B的一端连接于所述运算放大器的负输入端，所述电阻器B的另一端连接于所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的输出端连接于所述列控制电路的第一连接端，所述运算放大器的正输入端连接于第二电源端。
通过采用上述技术方案，以运算放大器为核心搭建反向加法器，反向加法器输出电压值至ADC模块，然后根据ADC模块接收的电压值进行反推，从而计算得到触元的阻值，从而能够进行后续计算。同时根据运算放大器的虚短虚断原理，能够为未被选中的触元的一端提供电势，未被选中的触元的另一端由行上拉电阻器提供相等的电势，从而使未被选中的触元两端电势相等。
可选的，每个所述行控制电路均包括多路控制器A，所述多路控制器A的控制引脚和使能引脚均连接于所述行控制电路的控制端，所述多路控制器A的第二连接引脚连接于接地端，所述多路控制器A的多个第一连接引脚连接于所述行控制电路的第一连接端；每个所述列控制电路均包括多路控制器B，所述多路控制器B的使能引脚和控制引脚均连接于所述列控制电路的控制端，所述多路控制器B的多个第一连接引脚连接于所述列控制电路的第一连接端，所述多路控制器B的第二连接引脚连接于所述列控制电路的第二连接端。
通过采用上述技术方案，利用多路控制器控制，从而控制采集行和采集列，进而选中需要检测的触元。
可选的，所述多路控制器B的供电引脚连接有退耦电容器A，所述退耦电容器A的另一端连接于接地端。
通过采用上述技术方案，防止电路电流大小变化时，在电路中所形成的电流冲动对电路的正常工作产生影响，退耦电容器能够有效地消除电路之间的寄生耦合。
可选的，所述运算放大器的正极连接有退耦电容器B，所述退耦电容器B的另一端连接于接地端。
通过采用上述技术方案，防止电路电流大小变化时，在电路中所形成的电流冲动对电路的正常工作产生影响，退耦电容器能够有效地消除电路之间的寄生耦合。
可选的，所述行控制电路的第一连接端设置有接口T2，所述反向加法器的输入端设置有接口T1，全部所述反向加法器的输入端均连接于所述接口T1。
通过采用上述技术方案，通过接口连接，方便快捷，提高便利性。
第二方面，本申请提供的一种基于等电势屏蔽的检测装置采用如下的技术方案：
一种基于等电势屏蔽的检测装置，包括第一方面所述的一种基于等电势屏蔽的检测电路。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过采用上述技术方案，主控芯片利用行控制电路和列控制电路选中触元，从而对选中的触元进行检测，利用第一电源端和第二电源端电压不同，即存在压差，计算被选中的触元的阻值，根据检测的阻值转换出对应的所受力的大小。同时，由于屏蔽电路能够为未被选中的触元两端提供相等的电势，进而使未被选中的触元即使阻值发生变化，也不会有电流通过，减小了由于未被选中的触元中有电流通过影响检测结果的可能性，提高了检测结果的准确性；
2.以运算放大器为核心搭建反向加法器，反向加法器输出电压值至ADC模块，然后根据ADC模块接收的电压值进行反推，从而计算得到触元的阻值，从而能够进行后续计算。同时根据运算放大器的虚短虚断原理，能够为未被选中的触元的一端提供电势，未被选中的触元的另一端由行上拉电阻器提供相等的电势，从而使未被选中的触元两端电势相等。
附图说明
图1是本申请实施例电路连接的简图。
图2是本申请实施例整体的连接框图。
图3是本申请实施例展示行控制电路的原理图。
图4是本申请实施例展示列控制电路和反向加法器的原理图。
图5是本申请实施例被选中触元的电路简化图。
图6是本申请实施例被选中触元的计算图。
图7是本申请实施例未被选中触元与屏蔽电路的原理图。
图8是本申请实施例未被选中触元的计算图。
图9是本申请实施例展示接口T2和行上拉电阻器的原理图。
图10是本申请实施例展示接口T1的原理图。
附图标记说明：1、触元；2、行引线；3、列引线；4、行控制电路；5、行上拉电阻器；6、列控制电路；7、反向加法器；8、ADC模块。
具体实施方式
以下结合附图1-10及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本实施公开的一种基于等电势屏蔽的检测电路，应用于阵列压阻式传感器的检测，参照图1，阵列压阻式传感器包括多个触元1、多根行引线2和多根列引线3，行引线2上连接多个触元1，触元1的另一端连接在列引线3上，如图1所示的连接方式，图1中触元1连接方式为举例说明。一种基于等电势屏蔽的检测电路用于检测触元1的阻值，从而计算转换出被选中的触元所受压力。
以图1中触元排列方式命名，其中，横线命名为行引线2，竖线命名为列引线3。
图1中的内容为简图，未展示本实施例全部内容，只是为了更好地理解各部分是如何连接。
参照图1和图2，一种基于等电势屏蔽的检测电路包括至少一组行控制电路4、行上拉电阻器5、至少一组列控制电路6、多组屏蔽电路、ADC模块8、第一电源端和第二电源端，每组屏蔽电路均包括反向加法器7和行上拉电阻器5。
行控制电路4的第一连接端连接于行引线2，行控制电路4的控制端与用于输出控制信号的主控芯片连接，行控制电路4的第二连接端连接于第一电源端，行上拉电阻器5与行引线2连接，行上拉电阻器5的另一语段连接于第二电源端，每根行引线2对应一个行上拉电阻器5，阵列压阻式传感器的每根列引线3均连接一反向加法器7的输入端，反向加法器7的输出端连接于列控制电路6的第一连接端，反向加法器7的参考电压端连接于第二电源端，列控制电路6的控制端连接于主控制芯片，列控制电路6的第二连接端连接于ADC模块8，第一电源端的电压和第二电源端的电压不同。
在主控芯片发送控制信号后，利用行控制电路4和列控制电路6选中某一触元1，主控芯片根据ADC模块8发送的数字信号与电路中电阻参数计算被选中的触元1的阻值，反向加法器7同时用于为未被选中的触元1提供电压，从而使未选中定触元1的两端电压相等，所以未被选中的触元1即使受到压力导致阻值变化，也不会有电流流动，从而实现等电势屏蔽效果，避免影响被选中触元1阻值的计算，提高检测结果的准确性。
电路中电阻参数在电路制作完成后，会在变成过程中将电路中已知的参数编写进去，从而使程序中对应的计算式能够进行计算，从而得到被选中触元的阻值。ADC模块8为数模转换模块，用于将模拟信号转换为数字信号。
本实施例中，行控制电路4使用4组，每组行控制电路4能控制8行触元1，每条行引线2上均连接1个行上拉电阻器5，则需要共32个行上拉电阻器5，列控制电路6使用8组，每组列控制电路6控制列触元1，每列触元1均连接一反向加法器7，则需要32个反向加法器7。即阵列压阻式传感器的触元1有1024个。
参照图3，具体的，以1组行控制电路4为例进行描述，行控制电路4包括多路控制器A，多路控制器A为图中的多路控制器IC9，多路控制器IC9的控制引脚（A0、A1、A2）和使能引脚（EN）均连接与行控制电路4的控制端，即多路控制器IC9的控制引脚（A0、A1、A2）和使能引脚（EN）均连接于主控芯片，多路控制器IC9的输出引脚（D）连接于第一电源端，多路控制器IC9的输出引脚（D）连接于第一电源端，多路控制器IC9的输入引脚（S1～S8）连接于行控制电路的第一连接端。
一种基于等电势屏蔽的检测电路还包括第三供电端VCC，第三供电端VCC连接于多路控制器IC9的供电引脚（VDD），第三供电端VCC连接有退耦电容器C17，退耦电容器C17的另一端连接于接地端，多路控制器IC9的接地引脚（GND）连接于接地端。
第三供电端VCC不只是为多路控制器IC9供电，同时也为其他行控制电路4中的多路控制器供电。
参照图4，具体的，以一个反向加法器7和一组列控制电路6为例进行描述，列控制电路6包括多路控制器B，此处多路控制器B为图中的多路控制器IC1，多路控制器IC1的控制引脚（A0、A1、A2）和使能引脚（EN）均连接于列控制电路6的控制端，即多路控制器IC1的控制引脚（A0、A1、A2）和使能引脚（EN）均连接于主控芯片，多路控制器IC1的第二连接引脚（D）连接于列控制电路6的第二连接端，即多路控制器IC1的第二连接引脚（D）连接于ADC模块8，多路控制器IC1的4个第一连接引脚（S1～S4）连接于列控制电路6的第一连接端，即多路控制器IC1的4个第一连接引脚（S1～S4）连接于反向加法器7的输出端，并且，多路控制器IC1的4个第一连接引脚各对应一个反向加法器7。多路控制器IC1的供电引脚（VDD）连接于第三供电端VCC，第三供电端VCC连接有退耦电容器A，退耦电容器A的另一端连接于接地端。在图4中，退耦电容器A为电容器C1。
并且，每组列控制电路6中的多路控制器B的供电引脚均连接退耦电容器A，退耦电容器用于防止前后电路电流大小变化时，在电路中所形成的电流冲动对电路的正常工作产生影响，即退耦电路能够有效地消除电路之间的寄生耦合。退耦电容器C17与退耦电容器A作用相同。
第三供电端VCC不只是为多路控制器IC1供电，也为其他列控制电路6中的多路控制器供电。
反向加法器7包括运算放大器、电阻器A和电阻器B，此处运算放大器为图4中运算放大器U1A，电阻器A为图4中电阻器R5，电阻器B为图4中电阻器R1。电阻器R5的一端连接于反向加法器7的输入端，电阻器R5的另一端连接于运算放大器U1A的负输入端，电阻器R1的一端连接于运算放大器U1A的负输入端，电阻器R1的另一端连接于运算放大器U1A的输出端，运算放大器U1A的正输入端连接于参考电压端，即运算放大器U1A的正输入端连接于第二电源端。运算放大器U1A的正极连接于第三供电端VCC，运算放大器U1A的负极连接于接地端，运算放大器U1A的正极还连接有退耦电容器B，此处退耦电容器B为图4中的退耦电容器C2，退耦电容器C2的另一端连接于接地端。退耦电容器B与退耦电容器A的功能相同。
其中，运算放大器U1A的正极连接于第三供电端VCC，运算放大器U1A的负极连接于接地端，第三供电端VCC除了为运算放大器U1A供电，也为其他屏蔽电路中的运算放大器供电。因为图4中的四个运算放大器是集成在一起的，所以在电路连接上只表现出运算放大器U1A连接了第三供电端VCC和接地端，但是实际是图4中的四个运算放大器均连接了第三供电端VCC和接地端。
同样的，图4是进行了举例展示，由于本实施例使用的了32组反向加法器7，其他反向加法器7的连接情况和图4中展示的反向加法器7连接方式相同。
根据上述电路，进行计算，从而说明屏蔽电路能够起到屏蔽作用从而减小未被选中触元1影响检测结果的原因。首先计算被选中的触元的阻值，从而转换出对应的所受力的大小，对运算放大器处的电路进行简化，如图5所示。本实施例中触元1的阻值为Rxy，电阻器A的阻值为Ra，Ra等于1000欧姆，电阻器B的阻值为Rb，Rb等于1000欧姆，第一电源端电压为零，第二电源端电压为1.5V，ADC模块8根据多路控制器B输出引脚（D）获取运算放大器输出端电压Vout，即电压Vout为已知值，根据运算放大器的虚短虚断原理，得到第一计算图，第一计算图如图6所示。
根据第一计算图可以得到：
Figure 349784DEST_PATH_IMAGE001
公式（1）；
公式（1）化简可得：
Figure 270467DEST_PATH_IMAGE002
公式（2）；
根据公式（2）即可计算出被选中触元1的阻值Rxy,根据触元1的阻值转换出对应的所受压力的大小，从而实现利用触元1检测压力大小。
然后对未被选中的触元的情况进行说明，在被选中触元的同一列中未被选中的触元1的情况，简化电路如图7所示。根据运算放大器的虚短虚断原理可得第二计算图，第二计算图如图8所示。根据第二计算图可知，行上拉电阻器5连接第二电源端，而电阻器A的一端的电压等于第二电源端所提供的电压，由于电压相等，即电动势无变化，所以未被选中的触元1即使阻值发生变化，也不会有电流流过，即屏蔽电路起到了屏蔽作用，因为未被选中的触元1中无电流流过，则不会对被选中触元1产生影响，即可理解为未被选中触元1在电路中是不存在的，也就是屏蔽作用。所以，在对被选中的触元1触元1检测时，准确性更高。
第一电源端和第二电源端的电压值可以改变，上述给出的电压值为举例说明，但是，第一电源端和第二电源端的电压值需要不相同，即两者间存在压差。
参照图9和图10，行控制电路4的第一连接端设置有接口T2，全部行控制电路4的第一连接端均连接于接口T2，反向加法器7的输入端设置有接口T1，全部反向加法器7的输入端均连接于接口T1。利用接口T1和接口T2与阵列压阻式传感器的行引线1和列引线2连接，便于拆装，并且不容易出现连接出错的问题。如果未设置接口T1和接口T2，连接线过多，不易拆装，且在安装时容易将连接线连接错误。
图9中的电阻器R65～电阻器R98均为行上拉电路器5。因为本实施例中阵列压阻式传感器具有32根行引线3，所以对应存在32个行上拉电阻器5。
本实施例中，多路控制器A、多路控制器B、电阻器A、电阻器B、退耦电容器A和退耦电容器B均为概括命名，因为本实施例同类器件较多，所以用A和B做上位指定，而在具体描述时，均已按照图中命名写出。
本申请实施例一种基于等电势屏蔽的检测电路的实施原理为：将接口T1和接口T2与阵列压阻式传感器连接，主控芯片发送控制信号，利用行控制电路4和列控制电路6选中一个触元1，利用检测的电流电压计算被选中的触元1的阻值，从而根据触元1的阻值转换出对应的力的大小，即获取此触元1所受力的大小。
上述选中过程为，主控芯片控制多路控制器A和多路控制器B，从而使多路控制器A的一路导通，使多路控制器B的一路导通，此时即可选中一个触元。
在检测过程中，屏蔽电路提供电势，从而使未被选中触元1的两端电压相同，即未被选中触元1的阻值发生变化，也不会有电流经过，也就不会影响对被选中的触元1的检测，提高了检测结果的准确性。
本实施例还公开了一种基于等电势屏蔽的检测装置，一种基于等电势屏蔽的检测装置包括上述实施例公开的一种基于等电势屏蔽的检测电路。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (7)

1.一种基于等电势屏蔽的检测电路，应用于对阵列压阻式传感器的检测，所述阵列压阻式传感器包括多个触元（1）、多根行引线（2）和多根列引线（3），所述触元（1）的一端连接于所述行引线（2），所述触元（1）的另一端连接于所述列引线（3），其特征在于：包括至少一组行控制电路（4）、至少一组列控制电路（6）、多组屏蔽电路、ADC模块（8）、第一电源端和第二电源端，每组所述屏蔽电路均包括反向加法器（7）和行上拉电阻器（5）；
所述行控制电路（4）的第一连接端用于连接于所述阵列压阻式传感器的行引线（2），所述行控制电路（4）的控制端与用于输出控制信号的主控芯片连接，所述行控制电路（4）的第二连接端连接于第一电源端，所述行上拉电阻器（5）与所述行引线（2）连接，所述行上拉电阻器（5）的另一端连接于第二电源端，每根所述行引线（2）对应一所述行上拉电阻器（5），所述阵列压阻式传感器的每根列引线（3）均连接一所述反向加法器（7）的输入端，所述反向加法器（7）的输出端连接于列控制电路（6）的第一连接端，所述反向加法器（7）的参考电压端连接于所述第二电源端，所述列控制电路（6）的控制端连接于所述主控芯片，所述列控制电路（6）的第二连接端连接于所述ADC模块（8）；
所述行控制电路（4）用于接受所述主控芯片的控制从而控制采集行；
所述列控制电路（6）用于接受所述主控芯片的控制从而控制采集列，且接收所述反向加法器（7）的采集信号，将所述采集信号传输至所述ADC模块（8）；
所述ADC模块（8）用于将接收的所述采集信号转换为数字信号并传输至所述主控芯片；
所述屏蔽电路用于为未被选中的所述触元（1）提供电势，以使未被选中的所述触元（1）的两端电势相同；
所述第一电源端的电压与所述第二电源端的电压不同。
2.根据权利要求1所述的一种基于等电势屏蔽的检测电路，其特征在于：所述反向加法器（7）包括运算放大器、电阻器A和电阻器B，所述电阻器A的一端连接与所述列引线（3），所述电阻器A的另一端连接于运算放大器的负输入端，所述电阻器B的一端连接于所述运算放大器的负输入端，所述电阻器B的另一端连接于所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的输出端连接于所述列控制电路（6）的第一连接端，所述运算放大器的正输入端连接于第二电源端。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于等电势屏蔽的检测电路，其特征在于：每个所述行控制电路（4）均包括多路控制器A，所述多路控制器A的控制引脚和使能引脚均连接于所述行控制电路（4）的控制端，所述多路控制器A的第二连接引脚连接于接地端，所述多路控制器A的多个第一连接引脚连接于所述行控制电路（4）的第一连接端；每个所述列控制电路（6）均包括多路控制器B，所述多路控制器B的使能引脚和控制引脚均连接于所述列控制电路（6）的控制端，所述多路控制器B的多个第一连接引脚连接于列控制电路（6）的第一连接端，所述多路控制器B的第二连接引脚连接于所述列控制电路（6）的第二连接端。
4.根据权利要求3所述的一种基于等电势屏蔽的检测电路，其特征在于：所述多路控制器B的供电引脚连接有退耦电容器A，所述退耦电容器A的另一端连接于接地端。
5.根据权利要求2所述的一种基于等电势屏蔽的检测电路，其特征在于：所述运算放大器的正极连接有退耦电容器B，所述退耦电容器B的另一端连接于接地端。
6.根据权利要求1所述的一种基于等电势屏蔽的检测电路，其特征在于：所述行控制电路（4）的第一连接端设置有接口T2，所述反向加法器（7）的输入端设置有接口T1，全部所述反向加法器（7）的输入端均连接于所述接口T1。
7.一种基于等电势屏蔽的检测装置，其特征在于：包括如权利要求1至6任一项所述的一种基于等电势屏蔽的检测电路。
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