CN202547637U - 一种程控应变放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种程控应变放大器。本实用新型包括控制电路、液晶屏及按键电路、串口通信电路、供电电路和应变放大及测量电路；控制电路通过中断方式与液晶屏及按键电路相连接；控制电路通过RS232通信方式与串口通信电路连接，实现多台应变放大器的级联；控制电路通过IIC总线与应变放大及测量电路的IIC通信电路连接。本实用新型在信号放大调理过程中可以简单直观地操作与设置；测量精度和可靠性高；可通过PC机将多台程控应变放大器串联同时使用，以满足大规模、智能化、灵活的应变测试需要。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种应变放大器，尤其是涉及工程测试技术中的一种程控应变放大器。
背景技术
在应变测试中，由于应变信号较小且易受干扰，在现场测试有大量干扰源的情况下，传统应变测量仪器的测量精度和可靠性往往会受到很到的影响。
目前普遍使用的应变放大器，大都采用机械旋钮等非程控的方式。随着技术的进步，在计算机测控已成为主流的今天，利用传统非程控的方式已越来越难以满足智能化的测试需要。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种程控应变放大器。在动态应变信号的测试中该应变放大器能将传感器或应变采集的微小应变信号进行放大、测量和输出，且可以通过液晶屏和按键快捷设置信号调理过程。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
本实用新型包括控制电路、液晶屏及按键电路、串口通信电路、供电电路和应变放大及测量电路；控制电路通过并口、中断方式与液晶屏及按键电路相连接；控制电路通过RS232通信方式与串口通信电路连接，实现多台应变放大器的级联；控制电路通过IIC总线与应变放大及测量电路的IIC通信电路连接。
所述的控制电路，包括单片机MSP430F149；单片机的P4口利用并口方式与液晶屏及按键电路中的液晶屏部分相连；所述单片机的P2口利用中断方式与液晶屏及按键电路中的按键部分相连；所述单片机的P3口利用RS2332通信方式与串口通信电路相连；所述单片机的P6口利用IIC通信方式与应变放大及测量电路相连。
所述的液晶屏及按键电路，包括液晶屏电路和按键电路；其中液晶屏采用点阵图形显示式液晶屏ET-16032，通过并口方式和控制电路相连；按键电路通过中断方式和控制电路相连；
所述的串口通信电路，包括通信芯片MAX3223和信号滤波电路；其中通信芯片MAX3223的T0IN、R0OUT、T1IN和R1OUT端口以RS232通信方式和控制电路相连。
所述的供电电路，包括芯片LM1117-3.3、芯片7805、芯片7812和芯片7912；上述芯片分别为所述控制电路、液晶屏及按键电路、串口通信电路和应变放大及测量电路提供+3.3V、+5V、+12V和-12V电源。
所述的应变放大及测量电路，包括信号输入接口、第一信号增益放大电路、第二信号增益放大电路、高阶低通滤波电路、AD测量电路、调零输出电路、IIC通信电路和输出信号接口。
所述的第一信号增益放大电路，包括差动仪表放大器AD620和外部电阻，通过两个外部电阻实现不同增益的放大；第一信号增益放大电路的IA_out端口、IA_Bal端口分别与第二信号增益放大电路、调零输出电路相连。
所述的第二信号增益放大电路，包括电流输出型DA转换器AD5545和外部运算放大器，其中流输出型DA转换器AD5545的DA_ 
、DA_CLK、DA_SDI端口与控制电路相连，在控制电路的控制下实现增益放大；第二信号增益放大电路的LPFIN端口和高阶低通滤波电路相连。
所述的高阶低通滤波电路，包括5个截止频率不同的3阶巴特沃斯低通滤波电路和2个多路转换器；高阶低通滤波电路的LPF_A0、LPF_A1和LPF_A2端口和IIC通信电路相连；高阶低通滤波电路的LPFOUT端口和AD测量电路相连。
所述的AD测量电路，包括AD转换器LTC2408和运算放大器；AD测量电路的
、AD_DIN、AD_CLK和AD_SDO与控制电路相连。
所述的调零输出电路，包括电路输出型DA转换器AD5545和外部运算放大器。其中DA转换器AD5545的 DA_CLK、DA_
和DA_SDI端口通过SPI通信方式与控制电路相连；其中外部运算放大器的IA_Bal端口与第一信号增益放大电路相连。
所述的IIC通信电路，包括芯片PCF8575；芯片PCF8575的SDA0和SCL0端口与控制电路相连，从控制电路获得的控制信息，以IIC总线方式转换成PCF8575的IO口状态，继而控制第一信号增益放大电路和高阶低通滤波电路；芯片PCF8575的LPF_A0、LPF_A1和LPF_A2端口与和高阶低通滤波电路相连；芯片PCF8575的Gain1和Gain2端口和第一信号增益放大电路相连。
本实用新型与技术背景相比，具有的有益效果是：
1.在信号放大调理过程中可以简单直观地操作与设置；
2.测量精度和可靠性高；
3.可通过PC机将多台程控应变放大器串联同时使用，以满足大规模、智能化、灵活的应变测试需要。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
图2是本实用新型控制电路结构图。
图3是本实用新型液晶屏及按键电路结构图。
图4是本实用新型串口通信电路结构图。
图5是本使用新型供电电路结构图。
图6是本实用新型应变放大及测量电路结构框图。
图7是本实用新型信号增益放大电路T1结构图。
图8是本实用新型信号增益放大电路T2结构图。
图9是本实用新型高阶低通滤波电路T3结构图。
图10是本实用新型AD测量电路结构图。
图11是本实用新型调零输出电路结构图。
图12是本实用新型IIC通信电路结构图。
图中：1、控制电路，2、液晶屏及按键电路，3、串口通信电路，4、供电电路，5、应变测量及放大电路，T1、信号增益放大电路，T2、信号增益放大电路，T3、高阶低通滤波电路，T4、AD测量电路，T5、调零输出电路，T6、IIC通信电路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型包括控制电路1、液晶屏及按键电路2、串口通信电路3、供电电路4和应变放大及测量电路5；控制电路1通过并口、中断方式与液晶屏及按键电路2相连接；控制电路1通过RS232通信方式与串口通信电路3连接，实现多台应变放大器的级联；控制电路1通过IIC总线与应变放大及测量电路5的IIC通信电路连接。
如图2所示，所述的控制电路1，包括单片机MSP430F149；单片机的P4口利用并口方式与液晶屏及按键电路2中的液晶屏部分相连；所述单片机的P2口利用中断方式与液晶屏及按键电路2中的按键部分相连；所述单片机的P3口利用RS2332通信方式与串口通信电路3相连；所述单片机的P6口利用IIC通信方式与应变放大及测量电路5相连。
如图3所示，所述的液晶屏及按键电路2，包括液晶屏电路和按键电路；其中液晶屏采用点阵图形显示式液晶屏ET-16032，通过并口方式和控制电路1相连；按键电路通过中断方式和控制电路1相连；
如图4所示，所述的串口通信电路3，包括通信芯片MAX3223和信号滤波电路；其中通信芯片MAX3223的T0IN、R0OUT、T1IN和R1OUT端口以RS232通信方式和控制电路1相连。
如图5所示，所述的供电电路4，包括芯片LM1117-3.3、芯片7805、芯片7812和芯片7912；上述芯片分别为所述控制电路1、液晶屏及按键电路2、串口通信电路3和应变放大及测量电路5提供+3.3V、+5V、+12V和-12V电源。
如图6所示，所述的应变放大及测量电路5，包括信号输入接口、第一信号增益放大电路T1、第二信号增益放大电路T2、高阶低通滤波电路T3、AD测量电路T4、调零输出电路T5、IIC通信电路T6和输出信号接口。
如图7所示，所述的第一信号增益放大电路T1，包括差动仪表放大器AD620和外部电阻，通过两个外部电阻实现不同增益的放大；第一信号增益放大电路T1的IA_out端口、IA_Bal端口分别与第二信号增益放大电路T2、调零输出电路T5相连。
如图8所示，所述的第二信号增益放大电路T2，包括电流输出型DA转换器AD5545和外部运算放大器，其中流输出型DA转换器AD5545的DA_、DA_CLK、DA_SDI端口与控制电路1相连，在控制电路1的控制下实现增益放大；第二信号增益放大电路T2的LPFIN端口和高阶低通滤波电路T3相连。
如图9所示，所述的高阶低通滤波电路T3，包括5个截止频率不同的3阶巴特沃斯低通滤波电路和2个多路转换器；高阶低通滤波电路T3的LPF_A0、LPF_A1和LPF_A2端口和IIC通信电路T6相连；高阶低通滤波电路T3的LPFOUT端口和AD测量电路T4相连。
如图10所示，所述的AD测量电路T4，包括AD转换器LTC2408和运算放大器；AD测量电路T4的
、AD_DIN、AD_CLK和AD_SDO与控制电路1相连。
如图11所示，所述的调零输出电路T5，包括电路输出型DA转换器AD5545和外部运算放大器。其中DA转换器AD5545的 DA_CLK、DA_
和DA_SDI端口通过SPI通信方式与控制电路1相连；其中外部运算放大器的IA_Bal端口与第一信号增益放大电路T1相连。
如图12所示，所述的IIC通信电路T6，包括芯片PCF8575；芯片PCF8575的SDA0和SCL0端口与控制电路1相连，从控制电路1获得的控制信息，以IIC总线方式转换成PCF8575的IO口状态，继而控制第一信号增益放大电路T1和高阶低通滤波电路T3；芯片PCF8575的LPF_A0、LPF_A1和LPF_A2端口与和高阶低通滤波电路T3相连；芯片PCF8575的Gain1和Gain2端口和第一信号增益放大电路T1相连。
将从输入接口输入的外部微小应变信号经过第一信号增益放大电路T1和第二信号增益放大电路T2放大到一个合适的大小，再经过高阶低通滤波电路T3滤波，经输出口输出。对输入信号的放大增益倍数和滤波截止点频率的选择可以通过软件编程实现，MSP430F149单片机的P6口通过IIC通信方式将控制信息写入到IIC通信电路T6，继而控制第一信号增益放大电路T1和高阶低通滤波电路T3的模拟电子开关，实现第一级放大倍数的选择的同时实现滤波截止点频率的选择；MSP430F149单片机的P3口通过SPI通信方式将控制信息写入到DA转换器AD5545，通过写入不同的数值实现不同的第二级放大倍数。利用AD测量电路能够测量经放大后的输出值，并将该数值在液晶屏上显示。
通过软件编程，结合液晶屏及按键电路，能够实现简单的人机界面交互；另外，还可以通过软件编程将多台相同的仪器和PC机串联，达到多台同时测量的目的。
本实用新型的工作原理如下：
外部传感器的微小应变信号输入到程控应变放大器的应变放大及测量电路，应变放大及测量电路对微小应变信号进行两级增益放大、滤波等操作，通过输出接口输出。用户可通过程控应变放大器的液晶屏显示和薄膜按键设置增益及滤波等参数，也可以通过RS232端口在装有专用程控软件的PC机上进行设置。通过PC机上的专用程控软件，还可以实现多台程控应变放大器的串联，以适应复杂和大规模的应变信号放大测量。
上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种程控应变放大器，其特征在于：包括控制电路（1）、液晶屏及按键电路（2）、串口通信电路（3）、供电电路（4）和应变放大及测量电路（5）；控制电路（1）通过并口、中断方式与液晶屏及按键电路（2）相连接；控制电路（1）通过RS232通信方式与串口通信电路（3）连接，实现多台应变放大器的级联；控制电路（1）通过IIC总线与应变放大及测量电路（5）的IIC通信电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种程控应变放大器，其特征在于：所述的控制电路（1），包括单片机MSP430F149；单片机的P4口利用并口方式与液晶屏及按键电路（2）中的液晶屏部分相连；所述单片机的P2口利用中断方式与液晶屏及按键电路（2）中的按键部分相连；所述单片机的P3口利用RS2332通信方式与串口通信电路（3）相连；所述单片机的P6口利用IIC通信方式与应变放大及测量电路（5）相连。
3.根据权利要求1所述的一种程控应变放大器，其特征在于：所述的液晶屏及按键电路（2），包括液晶屏电路和按键电路；其中液晶屏采用点阵图形显示式液晶屏ET-16032，通过并口方式和控制电路（1）相连；按键电路通过中断方式和控制电路（1）相连。
4.根据权利要求1所述的一种程控应变放大器，其特征在于：所述的串口通信电路（3），包括通信芯片MAX3223和信号滤波电路；其中通信芯片MAX3223的T0IN、R0OUT、T1IN和R1OUT端口以RS232通信方式和控制电路（1）相连。
5.根据权利要求1所述的一种程控应变放大器，其特征在于：所述的供电电路（4），包括芯片LM1117-3.3、芯片7805、芯片7812和芯片7912；上述芯片分别为所述控制电路（1）、液晶屏及按键电路（2）、串口通信电路（3）和应变放大及测量电路（5）提供+3.3V、+5V、+12V和-12V电源。
6.据权利要求1所述的一种程控应变放大器，其特征在于：所述的应变放大及测量电路（5），包括信号输入接口、第一信号增益放大电路（T1）、第二信号增益放大电路（T2）、高阶低通滤波电路（T3）、AD测量电路（T4）、调零输出电路（T5）、IIC通信电路（T6）和输出信号接口；
所述的第一信号增益放大电路（T1），包括差动仪表放大器AD620和外部电阻，通过两个外部电阻实现不同增益的放大；第一信号增益放大电路（T1）的IA_out端口、IA_Bal端口分别与第二信号增益放大电路（T2）、调零输出电路（T5）相连；
所述的第二信号增益放大电路（T2），包括电流输出型DA转换器AD5545和外部运算放大器，其中流输出型DA转换器AD5545的DA_ 、DA_CLK、DA_SDI端口与控制电路（1）相连，在控制电路（1）的控制下实现增益放大；第二信号增益放大电路（T2）的LPFIN端口和高阶低通滤波电路（T3）相连；
所述的高阶低通滤波电路（T3），包括5个截止频率不同的3阶巴特沃斯低通滤波电路和2个多路转换器；高阶低通滤波电路（T3）的LPF_A0、LPF_A1和LPF_A2端口和IIC通信电路（T6）相连；高阶低通滤波电路（T3）的LPFOUT端口和AD测量电路（T4）相连；
所述的AD测量电路（T4），包括AD转换器LTC2408和运算放大器；AD测量电路（T4）的
、AD_DIN、AD_CLK和AD_SDO与控制电路（1）相连；
所述的调零输出电路（T5），包括电路输出型DA转换器AD5545和外部运算放大器；
其中DA转换器AD5545的 DA_CLK、DA_
和DA_SDI端口通过SPI通信方式与控制电路（1）相连；其中外部运算放大器的IA_Bal端口与第一信号增益放大电路（T1）相连；
所述的IIC通信电路（T6），包括芯片PCF8575；芯片PCF8575的SDA0和SCL0端口与控制电路（1）相连，从控制电路（1）获得的控制信息，以IIC总线方式转换成PCF8575的IO口状态，继而控制第一信号增益放大电路（T1）和高阶低通滤波电路（T3）；芯片PCF8575的LPF_A0、LPF_A1和LPF_A2端口与和高阶低通滤波电路（T3）相连；芯片PCF8575的Gain1和Gain2端口和第一信号增益放大电路（T1）相连。
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