CN208834135U - 一种智能称量数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能称量数据采集装置，包括称量数据采集电路和小信号检测电路，所述称量数据采集电路的输入端接收小信号检测电路的传感器信号，所述小信号检测电路的输入端连接有传感器信号输入电路，所述称量数据采集电路包括第一高速放大器、第二高速放大器和数模转换器，所述第一高速放大器的输出端通过第二电阻与第二高速放大器的反相端相连接，所述第二高速放大器的输出端通过第四电阻与数模转换器相连接，所述数模转换器的输出端连接有FPGA控制器，整个装置优化了电路设计和时序设计，能够对小信号检测模块进行校准，并将校准时得到的调标系数存放到存储芯片中，提高了采样精度，实现了称量数据采集的功能。

Description

一种智能称量数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及数据采集装置技术领域，特别涉及一种智能称量数据采集装置。

背景技术

随着数字化技术不断深入的今天，数据采集技术已经成为信号处理过程中的重要环节，数据采集技术已经广泛应用于雷达、声纳、瞬态信号测试、智能称量、航空、航天等诸多领域，随着数据采集技术应用的不断加深，不仅对数据采集装置的采集精度、采集速度和数据量有了更高的要求，还要求数据采集装置能够在各种环境条件下可靠的工作。

现有的智能称量装置应用在各行各业中，但是，当智能称量装置在称量一些体积小、质量轻的物品时，由于重量信号的强度较弱，数据采集装置的测量精度容易受到影响，使得智能称量装置在称量质量轻的物体时误差较大，实用性减弱。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种智能称量数据采集装置，具备测量、控制、监测等功能，提高了采样精度，实现了称量数据采集的功能，这样可以有效解决背景技术中的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种智能称量数据采集装置，包括称量数据采集电路和小信号检测电路，所述称量数据采集电路的输入端接收小信号检测电路的传感器信号，所述小信号检测电路的输入端连接有传感器信号输入电路，所述称量数据采集电路包括第一高速放大器、第二高速放大器和数模转换器，所述第一高速放大器的正相端通过第一电阻连接有输入信号线，所述第一高速放大器的反相端反馈连接到第一高速放大器的输出端，所述第一高速放大器的输出端通过第二电阻与第二高速放大器的反相端相连接，所述第二高速放大器的反相端还通过第三电阻与其输出端相连接，所述第二高速放大器的输出端通过第四电阻与数模转换器相连接，所述数模转换器的反相数据端还通过第一电容直接接地，所述数模转换器的反相参考端连接有第五电阻，所述第五电阻的分别连接有第六电阻和第二高速放大器的正相端，所述第六电阻的另一端与数模转换器的同相数据端相连接，所述数模转换器的同相数据端还通过第二电容直接接地，所述数模转换器的同相参考端还通过第七电阻与其同相数据端相连接，所述数模转换器的输出端连接有FPGA控制器；

所述小信号检测电路包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器的输出端与第二运算放大器相连接，所述第二运算放大器的输出端通过第八电阻连接有第三电容，所述第八电阻的另一端还连接有输出信号线，所述第三电容的另一端直接接地。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第一运算放大器的同相输入端分别连接有第一滤波电容和第一分压电阻，所述第一滤波电容另一端直接接地，所述第一分压电阻的另一端分别连接有第二滤波电容和第二分压电阻，所述第二滤波电容的另一端反馈连接到第一运算放大器的输出端，所述第二分压电阻的另一端分别连接有第三滤波电容和第三分压电阻，所述第三滤波电容的另一端直接接地，所述第三分压电阻的另一端连接有输入信号线。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第一运算放大器的同相端连接有继电器，所述继电器的另一端通过第九电阻直接接地，所述第一运算放大器的同相端还通过第十电阻反馈连接到第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的第八引脚连接有电源，所述第一运算放大器的第八引脚还通过第四电容直接接地，所述第一运算放大器的第四引脚通过第五电容直接接地。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第二运算放大器的反向电压端通过第六电容直接接地，所述第二运算放大器的同相电压端通过第七电容直接接地。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述FPGA控制器的数据端还连接有存储阵列，所述FPGA控制器的外设端口连接有FIFO驱动模块，所述FPGA控制器的总线端口通过内部总线连接有电源管理芯片，所述电源管理芯片的输出端与传感器信号输入电路相连接。

采用上述技术方案，通过合理的选取高速、高精度、宽温度范围的模数转换器，优化了数据采集装置的电路设计和时序设计，并利用小信号检测电路内部元件构成巴特沃斯滤波器，保留50次谐波即滤波器的截至频率为50KHz，能够对小信号检测模块进行校准，并将校准时得到的调标系数存放到存储芯片中，提高了采样精度，实现了称量数据采集的功能。

附图说明

图1为本实用新型模块结构示意图；

图2为本实用新型小信号检测电路图；

图3为本实用新型称量数据采集电路图；

图中，1-称量数据采集电路；2-小信号检测电路；3-传感器信号输入电路；4-FPGA控制器；5-FIFO驱动模块；6-存储阵列；7-电源管理芯片。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1至图3，本实用新型提供一种技术方案：一种智能称量数据采集装置，包括称量数据采集电路1和小信号检测电路2，所述称量数据采集电路1的输入端接收小信号检测电路2的传感器信号，所述小信号检测电路2的输入端连接有传感器信号输入电路3，所述称量数据采集电路1包括第一高速放大器A1、第二高速放大器A2和数模转换器ADC，所述第一高速放大器A1的正相端通过第一电阻R1连接有输入信号线，所述第一高速放大器 A1的反相端反馈连接到第一高速放大器A1的输出端，所述第一高速放大器A1的输出端通过第二电阻R2与第二高速放大器A2的反相端相连接，所述第二高速放大器A2的反相端还通过第三电阻R3与其输出端相连接，所述第二高速放大器A2的输出端通过第四电阻R4与数模转换器ADC相连接，所述数模转换器ADC的反相数据端还通过第一电容C1直接接地 GND，所述数模转换器ADC的反相参考端连接有第五电阻R5，所述第五电阻R5的分别连接有第六电阻R6和第二高速放大器A2的正相端，所述第六电阻R6的另一端与数模转换器 ADC的同相数据端相连接，所述数模转换器ADC的同相数据端还通过第二电容C2直接接地 GND，所述数模转换器ADC的同相参考端还通过第七电阻R7与其同相数据端相连接，所述数模转换器ADC的输出端连接有FPGA控制器4，所述FPGA控制器4的数据端还连接有存储阵列6，所述FPGA控制器4的外设端口连接有FIFO驱动模块5，所述FPGA控制器4的总线端口通过内部总线连接有电源管理芯片7，所述电源管理芯片7的输出端与传感器信号输入电路3相连接。

所述小信号检测电路2包括第一运算放大器S1和第二运算放大器S2，所述第一运算放大器S1的输出端与第二运算放大器S2相连接，所述第二运算放大器S2的输出端通过第八电阻R8连接有第三电容C3，所述第八电阻R8的另一端还连接有输出信号线，所述第三电容C3的另一端直接接地GND，所述第一运算放大器S1的同相输入端分别连接有第一滤波电容C11和第一分压电阻R11，所述第一滤波电容C11另一端直接接地GND，所述第一分压电阻R11的另一端分别连接有第二滤波电容C12和第二分压电阻R12，所述第二滤波电容C12 的另一端反馈连接到第一运算放大器S1的输出端，所述第二分压电阻R12的另一端分别连接有第三滤波电容C13和第三分压电阻R13，所述第三滤波电容C13的另一端直接接地GND，所述第三分压电阻R13的另一端连接有输入信号线，所述第一运算放大器S1的反相端连接有继电器D1，所述继电器D1的另一端通过第九电阻R9直接接地GND，所述第一运算放大器S1的反相端还通过第十电阻R10反馈连接到第一运算放大器S1的输出端，所述第一运算放大器S1的第八引脚连接有电源VCC，所述第一运算放大器S1的第八引脚还通过第四电容 C4直接接地GND，所述第一运算放大器S1的第四引脚通过第五电容C5直接接地GND，所述第二运算放大器S2的反向电压端通过第六电容C6直接接地GND，所述第二运算放大器 S2的同相电压端通过第七电容C7直接接地GND。

本实施例中，称量采集电路由信号调理电路、单端转差分电路和模数转换电路构成，信号调理电路的功能是对输入信号进行运放跟随调理以及接口保护，第一电阻R1为接口保护电阻，单端转差分电路将输入信号转为差分信号，满足THS1408型号的数模转换器ADC转换的输入信号要求，模数转换电路为：FPGA芯片控制THS1408完成模数转换部分。

本实施例中，小信号检测电路2采用准同步采样方式，利用第一滤波电容C11、第一分压电阻R11、第二滤波电容C12、第二分压电阻R12、第三滤波电容C13、第三分压电阻R13，构成巴特沃斯滤波器；保留50次谐波即滤波器的截至频率为50KHz，能够对小信号检测模块进行校准，并将校准时得到的调标系数存放到flash存储芯片中，提高了采样精度。

本实用新型的工作原理：具体使用时，输入的称量信号是经过传感器转换过的电压模拟信号(0～5V)，电压信号经过传感器信号输入接口进入小信号检测电路2，调理后的输入信号经过称量数据采集电路1前的单端转差分电路后转换为差分信号，称量数据采集电路1在FPGA 芯片的逻辑控制下，将差分信号进行模数转换，模数转换后的数字量经过内部程序进行数据处理后缓存入外部FIFO中，再将FIFO中的有效数据编帧、存储在16Gflash存储阵列中，称量数据采集装置通过总线接口进行板间通信，接收上位机指令，上传数据和装置状态，整个采集电路容易实现，功耗较低，能够满足采样精度要求。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种智能称量数据采集装置，包括称量数据采集电路(1)和小信号检测电路(2)，其特征在于：所述称量数据采集电路(1)的输入端接收小信号检测电路(2)的传感器信号，所述小信号检测电路(2)的输入端连接有传感器信号输入电路(3)，所述称量数据采集电路(1)包括第一高速放大器A1、第二高速放大器A2和数模转换器ADC，所述第一高速放大器A1的正相端通过第一电阻R1连接有输入信号线，所述第一高速放大器A1的反相端反馈连接到第一高速放大器A1的输出端，所述第一高速放大器A1的输出端通过第二电阻R2与第二高速放大器A2的反相端相连接，所述第二高速放大器A2的反相端还通过第三电阻R3与其输出端相连接，所述第二高速放大器A2的输出端通过第四电阻R4与数模转换器ADC相连接，所述数模转换器ADC的反相数据端还通过第一电容C1直接接地GND，所述数模转换器ADC的反相参考端连接有第五电阻R5，所述第五电阻R5的分别连接有第六电阻R6和第二高速放大器A2的正相端，所述第六电阻R6的另一端与数模转换器ADC的同相数据端相连接，所述数模转换器ADC的同相数据端还通过第二电容C2直接接地GND，所述数模转换器ADC的同相参考端还通过第七电阻R7与其同相数据端相连接，所述数模转换器ADC的输出端连接有FPGA控制器(4)；

所述小信号检测电路(2)包括第一运算放大器S1和第二运算放大器S2，所述第一运算放大器S1的输出端与第二运算放大器S2相连接，所述第二运算放大器S2的输出端通过第八电阻R8连接有第三电容C3，所述第八电阻R8的另一端还连接有输出信号线，所述第三电容C3的另一端直接接地GND。

2.根据权利要求1所述的一种智能称量数据采集装置，其特征在于：所述第一运算放大器S1的同相输入端分别连接有第一滤波电容C11和第一分压电阻R11，所述第一滤波电容C11另一端直接接地GND，所述第一分压电阻R11的另一端分别连接有第二滤波电容C12和第二分压电阻R12，所述第二滤波电容C12的另一端反馈连接到第一运算放大器S1的输出端，所述第二分压电阻R12的另一端分别连接有第三滤波电容C13和第三分压电阻R13，所述第三滤波电容C13的另一端直接接地GND，所述第三分压电阻R13的另一端连接有输入信号线。

3.根据权利要求1所述的一种智能称量数据采集装置，其特征在于：所述第一运算放大器S1的反相端连接有继电器D1，所述继电器D1的另一端通过第九电阻R9直接接地GND，所述第一运算放大器S1的反相端还通过第十电阻R10反馈连接到第一运算放大器S1的输出端，所述第一运算放大器S1的第八引脚连接有电源VCC，所述第一运算放大器S1的第八引脚还通过第四电容C4直接接地GND，所述第一运算放大器S1的第四引脚通过第五电容C5直接接地GND。

4.根据权利要求1所述的一种智能称量数据采集装置，其特征在于：所述第二运算放大器S2的反向电压端通过第六电容C6直接接地GND，所述第二运算放大器S2的同相电压端通过第七电容C7直接接地GND。

5.根据权利要求1所述的一种智能称量数据采集装置，其特征在于：所述FPGA控制器(4)的数据端还连接有存储阵列(6)，所述FPGA控制器(4)的外设端口连接有FIFO驱动模块(5)，所述FPGA控制器(4)的总线端口通过内部总线连接有电源管理芯片(7)，所述电源管理芯片(7)的输出端与传感器信号输入电路(3)相连接。