CN203551986U - 传感器信号采集电路 - Google Patents

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马雷
崔文峰
王磊
朱书阳
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本实用新型提供了一种传感器信号采集电路,它包括传感器类型选择电路、电流型传感器变换电路和电阻型传感器变换电路,所述电流型传感器变换电路或所述电阻型传感器信号输出端经过所述传感器类型选择电路和相应的传感器变换电路接入单片机,单片机通过所述传感器类型选择电路连接传感器用于确定开启电流型传感器变换电路或电阻型传感器变换电路对传感器进行输出信号的采集。该传感器信号采集电路具有设计科学、结构简单、功能可靠和适用工业现场的优点。

Description

传感器信号采集电路
技术领域
本实用新型涉及一种传感器信号采集电路,具体的说,涉及了一种既能采集电流型和又能采集电阻型的传感器信号采集电路。 
背景技术
目前,工业现场多需采用大量传感器进行现场环境的监测,传感器大多通过信号采集电路将采集的信号传递给单片机以便进行工业现场的调控。电这些传感器大体分为电阻型传感器和电流型传感器,阻型传感器由于价格低廉被广泛应用,但是在一些复杂的工业现场,由于环境的复杂干扰信号多,不想采用电流型传感器才能解决工业现场环境信号的采集。电阻型传感器和电流型传感器的信号采集电路不同,随着人们对工作环境的日益重视,大量的传感器被应用于工业现场进行各种信号的监控,这些传感器包括电阻型传感器和电流型传感器,单一的信号采集电路不能满足电阻型传感器和电流型传感器的使用需求,同时工业现场传感器分别复杂,在交错设置的电阻型传感器和电流型传感器中,难以实现各自信号准确快速的传递。 
为了解决以上存在的问题,人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。 
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足,从而提供一种设计科学、结构简单、功能可靠和适用工业现场的传感器信号采集电路。 
发明目的是该传感器信号采集电路可以变换传感器类型 
为了实现上述目的,本实用新型所采用的技术方案是:一种传感器信号采集电路,它包括传感器类型选择电路、电流型传感器变换电路和电阻型传感器变换电路,所述电流型传感器变换电路或所述电阻型传感器信号输出端经过所述传感器类型选择电路和相应的传感器变换电路接入单片机,所述单片机是stm32f100单片机,所述传感器类型选择电路由电阻R1、电阻R2、三极管Q1和三极管Q2组成,所述单片机的set type_out端口连接分别连接所述电阻R1和所述电阻R2的一端,所述电阻R1的另一端连接所述三极管Q1的基极,所述三极管Q1的发射极连接基准电压,所述三极管Q1的集电极依次连接二极管D1的阳极、电阻R4、电阻R5和电阻R6,所述二极管D1的阴极连接电阻R3,所述电阻R3的另一端连接单片机的ADC_in1端口,所述电阻R3和所述单片机的ADC_in1端口之间设置有一端接地的电容C1,所述电阻R2的另一端连接所述三极管Q2的基极,所述三极管Q2的发射极接地,所述三极管Q2的集电极连接所述电阻R5和所述电阻R6的接点,所述电阻R6的一端作为传感器信号输入端,所述电阻R6的一端连接电阻R7,所述电阻R7的另一端连接单片机的ADC_in2端口,所述电阻R7和所述单片机的ADC_in2端口之间设置有一端接地的电容C4。
基于上述,所述电流型传感器变换电路包括电阻R6和两个低通滤波器,其中一个低通滤波器由电阻R3、电阻R4、电阻R5和电容C1组成,另一个低通滤波器由电阻R7和电容C4 组成。 
基于上述,所述电阻型传感器变换电路由电阻R4、电阻R5、电阻R6和两个低通滤波器组成,其中一个低通滤波器由电阻R3和电容C1组成,另一个低通滤波器由电阻R7和电容C4组成。 
基于上述,它还包括过压保护电路,所述过压保护电路包括双向瞬变抑制二极管D2和由电感L1、电容C2、电容C3构成的π滤波电路,所述双向瞬变抑制二极管D2的一端连接传感器的输出端,所述电阻R6的一端通过所述过压保护电路连接传感器。 
本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步,具体的说,本实用新型既能够实现电流型传感器信号的采集,也能实现电阻型传感器信号的采集,利用单片机自身功能,通过单片机的set type_out端口确定需要采集信号的传感器的类型,然后开启电流型传感器变换电路或电阻型传感器变换电路对传感器进行信号采集,采集传感器信号,然后单片机根据采集到的传感器信号,进行相应的监控;它还包括过压保护电路用于保护整个电路的正常工作,避免电路损坏;其具有设计科学、结构简单、功能可靠和适用工业现场的优点。 
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。 
具体实施方式
下面通过具体实施方式,对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。 
如图1所示,一种传感器信号采集电路,它包括传感器类型选择电路、电流型传感器变换电路和电阻型传感器变换电路,所述电流型传感器变换电路或所述电阻型传感器信号输出端经过所述传感器类型选择电路和相应的传感器变换电路接入单片机,所述传感器类型选择电路由电阻R1、电阻R2、三极管Q1和三极管Q2组成,所述单片机的set type_out端口连接分别连接所述电阻R1和所述电阻R2的一端,所述电阻R1的另一端连接所述三极管Q1的基极,所述三极管Q1的发射极连接基准电压,所述三极管Q1的集电极依次连接二极管D1的阳极、电阻R4、电阻R5和电阻R6,所述二极管D1的阴极连接电阻R3,所述电阻R3的另一端连接单片机的ADC_in1端口,所述电阻R3和所述单片机的ADC_in1端口之间设置有一端接地的电容C1,所述电阻R2的另一端连接所述三极管Q2的基极,所述三极管Q2的发射极接地,所述三极管Q2的集电极连接所述电阻R5和所述电阻R6的接点,所述电阻R6的一端作为传感器信号输入端,所述电阻R6的一端连接电阻R7,所述电阻R7的另一端连接单片机的ADC_in2端口,所述电阻R7和所述单片机的ADC_in2端口之间设置有一端接地的电容C4。 
基于上述,它还包括过压保护电路,它还包括过压保护电路,所述过压保护电路包括双向瞬变抑制二极管D2和由电感L1、电容C2、电容C3构成的π滤波电路,所述双向瞬变抑制二极管D2的一端连接传感器的输出端,所述双向瞬变抑制二极管D2另一端接地,所述双向瞬变抑制二极管D2的一端连接所述电感L1的一端,所述电感L1的两端分别连接电容C2和电容C3,所述电容C2和所述电容C3分别接地,所述电阻R6的一端通过所述过压保护电路连接传感器。 
基于上述,所述传感器类型选择电路包括电阻R1、电阻R2、三极管Q1和三极管Q2。所述电流型传感器变换电路包括电阻R6和两个低通滤波器,其中一个低通滤波器由电阻R3、电阻R4、电阻R5和电容C1组成,另一个低通滤波器由电阻R7和电容C4 组成。所述电阻型传感器变换电路由电阻R4、电阻R5、电阻R6和两个低通滤波器组成,其中一个低通滤波器由电阻R3和电容C1组成,另一个低通滤波器由电阻R7和电容C4组成。 
传感器的类型选择由三极管Q1、三极管Q2、电阻R1和电阻R2,以及单片机的set type_out端口组成。当单片机set type_out端口的电压为高电平时,三极管Q2导通、三极管Q1关断,此时该电路可以处理电流型传感出来的4-20mA电流信号;当单片机的传感器set type_out端口的电压为低电平时,三极管Q1导通、三极管Q2关断,此时,该电路可以处理电阻型传感出来的0-2.5千欧姆电阻信号。 
如图1所示,电流型传感器信号采集电路由电阻R6和两个低通滤波器以及单片机的ADC_in1端口组成。单片机口set type_out端口的电压为高电平,三极管Q2导通、三极管Q1关断,该电路可以处理电流型传感器传出来的4-20mA电流信号。此时,电流传感器的值通过下面的公式I=(U3-U2)/R6计算出来。 
如图1所示,电阻型传感器信号采集电路由电阻R4、电阻R5、电阻R6和两个低通滤波器以及单片机的ADC_in2端口组成。单片机set type_out端口的电压为低电平,三极管Q1导通、三极管Q2关断,该电路可以处理电阻型传感器传出来的0-2.5千欧姆电阻信号。此时,电阻传感器的值通过下面的公式R=U3*(R4+R5+R6)/(U1-U3)计算出来。 
如图1所示,该电路具有过于保护功能,当单片机set type_out端口的电压为低电平时,三极管Q1导通、三极管Q2关断,该电路可以处理电阻型传感出来的0-2.5千欧姆电阻信号,此时,如果模拟量输入口Analog input接入大于Vref的电压,那么二极管D1关断,由于电阻R3和电阻R7的限流电阻取值较大,结合单片机内部的的箝位二极管,从而有效的保护单片机。 
当单片机set type_out端口的电压为高电平时,三极管Q2导通、三极管Q1关断,该电路可以处理电流型传感出来的4-20mA电流信号,此时,如果模拟量输入口Analog input接入远大于3.3V的电压,那么U3的电压远大于3.3V,结合单片机内部程序软件,此时单片机的ADC_IN2端口读到值是最大值,由此判断这个模拟量接入了高压,在10毫秒内将这个电路切换到电阻型传感器信号采集电路,从而保护了电流型传感器信号采集电路的电阻R6和单片机。 
基于上述,所述单片机是stm32f100单片机。 
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制;尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本实用新型技术方案的精神,其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。  

Claims (4)

1.一种传感器信号采集电路,其特征在于:它包括传感器类型选择电路、电流型传感器变换电路和电阻型传感器变换电路,所述电流型传感器变换电路或所述电阻型传感器信号输出端经过所述传感器类型选择电路和相应的传感器变换电路接入单片机,所述单片机是stm32f100单片机,所述传感器类型选择电路由电阻R1、电阻R2、三极管Q1和三极管Q2组成,所述单片机的set type_out端口连接分别连接所述电阻R1和所述电阻R2的一端,所述电阻R1的另一端连接所述三极管Q1的基极,所述三极管Q1的发射极连接基准电压,所述三极管Q1的集电极依次连接二极管D1的阳极、电阻R4、电阻R5和电阻R6,所述二极管D1的阴极连接电阻R3,所述电阻R3的另一端连接单片机的ADC_in1端口,所述电阻R3和所述单片机的ADC_in1端口之间设置有一端接地的电容C1,所述电阻R2的另一端连接所述三极管Q2的基极,所述三极管Q2的发射极接地,所述三极管Q2的集电极连接所述电阻R5和所述电阻R6的接点,所述电阻R6的一端作为传感器信号输入端,所述电阻R6的一端连接电阻R7,所述电阻R7的另一端连接单片机的ADC_in2端口,所述电阻R7和所述单片机的ADC_in2端口之间设置有一端接地的电容C4。
2.根据权利要求1所述的传感器信号采集电路,其特征在于:所述电流型传感器变换电路包括电阻R6和两个低通滤波器,其中一个低通滤波器由电阻R3、电阻R4、电阻R5和电容C1组成,另一个低通滤波器由电阻R7和电容C4 组成。
3.根据权利要求1或2所述的传感器信号采集电路,其特征在于:所述电阻型传感器变换电路由电阻R4、电阻R5、电阻R6和两个低通滤波器组成,其中一个低通滤波器由电阻R3和电容C1组成,另一个低通滤波器由电阻R7和电容C4组成。
4.根据权利要求3所述的传感器信号采集电路,其特征在于:它还包括过压保护电路,所述过压保护电路包括双向瞬变抑制二极管D2和由电感L1、电容C2、电容C3构成的π滤波电路,所述双向瞬变抑制二极管D2的一端连接传感器的输出端,所述电阻R6的一端通过所述过压保护电路连接传感器。
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CN112764367A (zh) * 2020-12-08 2021-05-07 清华大学 一种通用型传感器信号采集电路拓扑结构及使用方法

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