CN207502456U - 多维智能控制细胞生物反应器溶解氧传感器信号调理电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多维智能控制细胞生物反应器溶解氧传感器信号调理电路，采用基于极谱式电极制成的溶解氧传感器，由于极谱式溶解氧电极具有高阻抗特性，溶解氧传感器在使用时必须要加极化电压，大约0.7V才能使其正常工作，溶解氧电极输出的测量信号为电流信号，单片机没法直接对电流信号进行AD转化，故本实用新型设计了溶解氧传感器的激励电路将电流转换为电压；设计的溶解氧信号调理电路中前级运放电路实现电流‑电压转换，然后后极运放电路放大将其输入电压放大后输出；电源模块电路及电源开关电路实现对传感器及单片机的供电。本实用新型更好的实现了对水体中溶解氧含量的检测。
Description
技术领域
本实用新型属于单片机应用技术领域，具体涉及一种溶解氧传感器信号调理电路。
背景技术
对被测溶液的溶解氧测量，大部分采用mg/L作为测量单位，对于水体溶解氧的测量通常采用两种方式，一种叫做极谱式，它在测量时必须外加一定的极化电压，这个电压用来对电极进行极化，电极极化通常需要一定的时间，一般是30分钟左右，而且必须要等到这个时间之后才能进行测量，以保证溶解氧电极确认无误的被极化，否则测量不准确；另一种为原电池式，它的电极采用的是两种不同的金属，这两种不同的金属与被测溶液接触后将会自发产生一个电压，这个电压类似与极谱式的“极化电压”，这样就不需要再外加电压，也就不需要像极谱式等待电极极化的时间。但是极谱式电极相比原电池式电极更稳定，使用范围更广。
实用新型内容
本实用新型针对极谱式电极制成的溶解氧传感器测量水体溶解氧的方式，提供一种多维智能控制细胞生物反应器溶解氧传感器信号调理电路，实现对水体中溶解氧含量快速准确的测量。
本实用新型提供的技术方案是：
一种多维智能控制细胞生物反应器溶解氧传感器信号调理电路，包括电源模块、电源开关电路、激励电路以及调理电路，所述调理电路包括运算放大器U1A、运算放大器U1B，运算放大器U1A的同相输入端接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地；运算放大器U1A的反相输入端分别接电解电容C7的负极及电阻R5的一端，电解电容C7的正极及电阻R5的另一端接运算放大器U1A的输出端；运算放大器U1A的电源正极接VCC端，负极接地；运算放大器U1A的反相输入端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接运算放大器U1B的输出端，运算放大器U1B的输出端分别接电阻R2的一端及电容C6的负极，电阻R2的另一端及电容C6的正极分别都接运算放大器U1B的反相输入端，运算放大器U1B的反相输入端接溶解氧阳极输入接口Iin端；运算放大器U1B的同相输入端接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接地，运算放大器U1B的电源正极接VCC端，负极接地。
所述电源模块包括稳压芯片U1，稳压芯片U1的VIN端接输入电压的VIN端，稳压芯片U1的VOUT端接电解电容C2的正极，电解电容C2的负极接地，稳压芯片U1的GND端接地；电解电容C1的正极接稳压芯片U1的VIN端，电解电容C1的负极接地；两个Common端均接地。
所述电源开关电路包括P沟道增强型MOS管T1，P沟道增强型MOS管T1的漏极接输入电压VDD,源极接VDD1端，栅极接电阻R0的一端，电阻R0的另一端接单片机，单片机的P4引脚控制MOS管的通断，VDD1控制溶解氧电极极化电压电源。
所述激励电路包括运算放大器U2、二极管D1、稳压二极管D2、电位器P1，运算放大器U2的同相输入端接电位器P1的可调端，电位器P1的一端接二极管D1的负极，二极管D1的正极接VDD1端；运算放大器U2的反相输入端接其本身的输出端；电容C5的一端，电解电容C4的正极，稳压二极管D2的负极及法拉电容C3的正极分别都接二极管D1的负极；电容C5的另一端，电解电容C4的负极，稳压二极管D2的正极及法拉电容C3的负极分别都接地；运算放大器U2的电源正极接VDD1端，接地引脚悬空。
本实用新型采用基于极谱式电极制成的溶解氧传感器，由于极谱式溶解氧电极具有高阻抗特性，溶解氧传感器在使用时必须要加极化电压，大约0.7V才能使其正常工作，溶解氧电极输出的测量信号为电流信号，单片机没法直接对电流信号进行AD转化，故本实用新型设计了溶解氧传感器的激励电路将电流转换为电压；设计的溶解氧信号调理电路中前级运放电路实现电流-电压转换，然后后极运放电路放大将其输入电压放大后输出；电源模块电路及电源开关电路实现对传感器及单片机的供电。本实用新型更好的实现了对水体中溶解氧含量的检测。
附图说明
图1为本实用新型的电源模块电路图。
图2为本实用新型的电源开关电路原理图。
图3为本实用新型的溶解氧传感器的激励电路图。
图4为本实用新型的溶解氧信号调理电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
一种多维智能控制细胞生物反应器溶解氧传感器信号调理电路，包括电源模块、电源开关电路、激励电路以及调理电路。如图1，电源模块包括稳压芯片U1，稳压芯片U1的VIN端接输入电压的VIN端，稳压芯片U1的VOUT端接电解电容C2的正极，电解电容C2的负极接地，稳压芯片U1的GND端接地；电解电容C1的正极接稳压芯片U1的VIN端，电解电容C1的负极接地；两个Common端均接地。C1,C2的电容值均为10μF，且所有接地的器件需共地。电解电容C1,C2的作用为滤波，经稳压芯片U1转换输出的3.3V电压滤波后为单片机和溶解氧传感器进行供电。
如图2，电源开关电路包括P沟道增强型MOS管T1，P沟道增强型MOS管T1的漏极接输入电压VDD，源极接VDD1端，栅极接电阻R0的一端，电阻R0的另一端接单片机的P4口，单片机的P4引脚控制MOS管的通断，VDD1为控制溶解氧电极极化的电压电源。
如图3，溶解氧传感器的激励电路包括运算放大器U2、二极管D1、稳压二极管D2、电位器P1，运算放大器U2的同相输入端接电位器P1的可调端，电位器P1的一端接二极管D1的负极，二极管D1的正极接VDD1端；运算放大器U2的反相输入端接其本身的输出端；电容C5的一端，电解电容C4的正极，稳压二极管D2的负极及法拉电容C3的正极分别都接二极管D1的负极；电容C5的另一端，电解电容C4的负极，稳压二极管D2的正极及法拉电容C3的负极分别都接地；运算放大器U2的电源正极接VDD1端，接地引脚悬空。图中所有接地的器件都需共地。单片机的P4引脚控制VDD1的通断，从而降低功耗。运算放大器U2及外围电路组成电流-电压转换电路，实现电流到电压的转换；电容C5，电解电容C4的作用为滤波；在进行测量时，激励电路同时对法拉电容C3进行充电，在设备处于空闲时候，断开溶解氧测量模块电源，激励电流与后级电压-电流转换电路都采用法拉电容进行供电，从而保证了溶解氧电极在断电后处于激励状态，可快速测量溶解氧含量，在降低功耗的同时也不影响溶解氧的快速测量。稳压二极管D2对法拉电容C3两端的电压进行稳压；当调节电位器P1获得输出电压为0.7125V时，传感器才能正常采集数据。
如图4，调理电路包括运算放大器U1A、运算放大器U1B，运算放大器U1A的同相输入端接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地；运算放大器U1A的反相输入端分别接电解电容C7的负极及电阻R5的一端，电解电容C7的正极及电阻R5的另一端接运算放大器U1A的输出端；运算放大器U1A的电源正极接VCC端，负极接地；运算放大器U1A的反相输入端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接运算放大器U1B的输出端，运算放大器U1B的输出端分别接电阻R2的一端及电容C6的负极，电阻R2的另一端及电容C6的正极分别都接运算放大器U1B的反相输入端，运算放大器U1B的反相输入端接溶解氧阳极输入接口Iin端；运算放大器U1B的同相输入端接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接地，运算放大器U1B的电源正极接VCC端，负极接地。
调理电路中的电容C6，C7起滤波作用，将氧电极的阳极连接到运算放大器U1B的反相端，输出的电压为负值，根据理想运放的原理，阳极电压近似为0，则加在阴阳两极之间的电压，就约为0.7V左右，从而保证氧电极的正常工作。氧电极输出的电流I通过前级电路转化为了电压，再通过电阻R3进入后级运放的反相端，后级输出的电压进行适当的放大，输出放大电压，且为正值，输出电压为
Claims (4)
1.一种多维智能控制细胞生物反应器溶解氧传感器信号调理电路，其特征在于，包括电源模块、电源开关电路、激励电路以及调理电路，所述调理电路包括运算放大器U1A、运算放大器U1B，运算放大器U1A的同相输入端接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地；运算放大器U1A的反相输入端分别接电解电容C7的负极及电阻R5的一端，电解电容C7的正极及电阻R5的另一端接运算放大器U1A的输出端；运算放大器U1A的电源正极接VCC端，负极接地；运算放大器U1A的反相输入端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接运算放大器U1B的输出端，运算放大器U1B的输出端分别接电阻R2的一端及电容C6的负极，电阻R2的另一端及电容C6的正极分别都接运算放大器U1B的反相输入端，运算放大器U1B的反相输入端接溶解氧阳极输入接口Iin端；运算放大器U1B的同相输入端接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接地，运算放大器U1B的电源正极接VCC端，负极接地。
2.根据权利要求1所述的一种多维智能控制细胞生物反应器溶解氧传感器信号调理电路，其特征在于，所述电源模块包括稳压芯片U1，稳压芯片U1的VIN端接输入电压的VIN端，稳压芯片U1的VOUT端接电解电容C2的正极，电解电容C2的负极接地，稳压芯片U1的GND端接地；电解电容C1的正极接稳压芯片U1的VIN端，电解电容C1的负极接地；两个Common端均接地。
3.根据权利要求1所述的一种多维智能控制细胞生物反应器溶解氧传感器信号调理电路，其特征在于，所述电源开关电路包括P沟道增强型MOS管T1，P沟道增强型MOS管T1的漏极接输入电压VDD,源极接VDD1端，栅极接电阻R0的一端，电阻R0的另一端接单片机，单片机的P4引脚控制MOS管的通断，VDD1控制溶解氧电极极化电压电源。
4.根据权利要求1所述的一种多维智能控制细胞生物反应器溶解氧传感器信号调理电路，其特征在于，所述激励电路包括运算放大器U2、二极管D1、稳压二极管D2、电位器P1，运算放大器U2的同相输入端接电位器P1的可调端，电位器P1的一端接二极管D1的负极，二极管D1的正极接VDD1端；运算放大器U2的反相输入端接其本身的输出端；电容C5的一端，电解电容C4的正极，稳压二极管D2的负极及法拉电容C3的正极分别都接二极管D1的负极；电容C5的另一端，电解电容C4的负极，稳压二极管D2的正极及法拉电容C3的负极分别都接地；运算放大器U2的电源正极接VDD1端，接地引脚悬空。
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