CN212484112U

CN212484112U - 一种基于单片机的传感器信号处理系统

Info

Publication number: CN212484112U
Application number: CN202021062776.3U
Authority: CN
Inventors: 雷鸣
Original assignee: Jiangsu Jicui Depth Perception Technology Research Institute Co ltd
Current assignee: Jiangsu Jicui Depth Perception Technology Research Institute Co ltd
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2021-02-05
Anticipated expiration: 2030-06-09

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的传感器信号处理系统，其特征在于：包括单片机控制模块、传感器接口模块、按键输入模块、显示模块、电池供电电源转换模块、电池充电模块、USB接口模块，所述传感器接口模块与电池供电电源转换模块连接，所述USB接口模块与电池充电模块连接，所述传感器接口模块、按键输入模块、显示模块、电池供电电源转换模块、电池充电模块、USB接口模块分别与单片机控制模块连接。本实用新型通过传感器接口模块实现了多种电压输入性传感器信号的放大、滤波和后处理及显示，电路结构实用，成本低，提高了适用性。

Description

一种基于单片机的传感器信号处理系统

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，特别地涉及一种基于单片机的传感器信号处理系统。

背景技术

传感器，是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换为可供测量的信号(通常是电压或电流信号)。传感器输出的信号幅度通常是比较小的，而且混杂有干扰信号和噪声，为了方便后续的处理过程，需要把信号进行放大、滤波等模拟电路变换，然后通过ADC转换成数字信号，由单片机进行适当的处理。

随着智能农业、智能制造的发展，传感器被使用得越来越多，需要一种信号处理系统能与多种传感器接口，对多种传感器接口信号进行处理。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多传感器接口输入信号处理系统用于解决上述存在的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于单片机的传感器信号处理系统，包括单片机控制模块、传感器接口模块、按键输入模块、显示模块、电池供电电源转换模块、电池充电模块、USB接口模块，所述传感器接口模块与电池供电电源转换模块连接，所述USB接口模块与电池充电模块连接，所述传感器接口模块、按键输入模块、显示模块、电池供电电源转换模块、电池充电模块、USB接口模块分别与单片机控制模块连接。

所述单片机控制模块用于控制数据的采集、信号处理和显示、数据存储和传送；即通过USB接口模块向上位机上传记录的数据，上位机通过USB接口模块向所述单片机控制模块下载更新单片机程序。

所述按键输入模块用于控制数据采集的方式、数据记录的方式和单片机待机的方式。

所述显示模块用于把采集到的传感器数据经过处理后显示出来，把电池状态、充电状态、时间信息、按键操作状态、数据采集方式和数据记录方式等信息显示出来。

进一步的，还包括板载温度湿度和气压检测模块，所述板载温度湿度和气压检测模块用于检测环境温度、湿度和气压。

进一步的，所述USB接口模块包括USB通路选择电路和USB充电电源输入电路；根据单片机控制模块选用的单片机型号的不同，所述USB通路选择电路用于控制单片机控制模块与外接上位机通过USB数据端口直接相连，或控制单片机控制模块的串行端口通过串口转USB芯片与外接上位机的USB数据端口相连；所述USB充电电源输入电路用于供外界电源通过电池充电模块给电池充电。

进一步的，所述传感器接口模块包括输入电压信号放大电路、传感器内部温度检测电路和传感器内部加热器供电电路。

进一步的，所述传感器接口模块的输入电压信号放大电路部分包括两级差分放大电路，可以根据不同传感器的输入电压信号范围选择使用两级放大或只使用一级放大；当传感器输入信号电压很大时，选择一级同相放大。

进一步的，传感器内部加热器供电电路的供电由微功耗低噪声升压转换器提供，可通过关断升压转换器使其与输出负载断开。

进一步的，所述电池充电模块由型号为ETA4056的充电芯片实现，所述单片机控制模块由型号为STM32F103RCT6或PIN脚兼容的其它STM32单片机来实现。

本实用新型的有益技术效果：

本实用新型通过传感器接口模块实现了多种电压输入性传感器信号的放大、滤波和后处理及显示，电路结构实用，成本低，提高了适用性。

附图说明

图1为本实用新型整体系统示意图；

图2为本实用新型传感器接口模块输入信号放大、滤波的原理图；

图3为本实用新型传感器接口模块与外部传感器的连接器接口原理图；

图4为本实用新型传感器接口模块与外部传感器内的温度传感器接口原理图；

图5为本实用新型传感器接口模块给外部传感器内的加热器供电原理图；

图6为本实用新型单片机控制模块的外围输入和输出原理图。

图7为本实用新型单片机控制模块的外围输入和输出补充原理图。

图中，100-单片机控制模块、200-显示模块、300-USB接口模块、400-电池充电模块、500-电池供电电源转换模块、600-传感器接口模块、700-板载温度湿度和气压检测模块、800-按键输入模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-7所示，一种基于单片机的传感器信号处理系统，包括单片机控制模块100、传感器接口模块600、按键输入模块800、显示模块200、电池供电电源转换模块500、电池充电模块400、USB接口模块300，传感器接口模块600与电池供电电源转换模块500连接，USB接口模块300与电池充电模块400连接，传感器接口模块600、按键输入模块800、显示模块200、电池供电电源转换模块500、电池充电模块400、USB接口模块300分别与单片机控制模块100连接。

单片机控制模块100用于控制数据的采集、信号处理和显示、数据存储和传送，所述单片机控制模块100通过USB接口模块300向上位机上传记录的数据，上位机通过USB接口模块300向所述单片机控制模块100下载更新单片机程序。

按键输入模块800用于控制数据采集的方式、数据记录的方式和单片机待机的方式；

USB接口模块300包括USB通路选择电路和USB充电电源输入电路；根据单片机控制模块100选用的单片机型号的不同，所述USB通路选择电路可以选择让单片机控制模块100与外接上位机(比如电脑)通过USB数据端口直接相连，也可以选择让单片机控制模块100的串行端口通过串口转USB芯片与外接上位机的USB数据端口相连。所述USB充电电源输入电路用于供外界电源通过电池充电模块400给电池充电。

显示模块200用于把采集到的传感器数据经过处理后显示出来，把电池状态、充电状态、时间信息、按键操作状态、数据采集方式和数据记录方式等信息显示出来。

在本具体实施例中，还包括板载温度湿度和气压检测模块700，板载温度湿度和气压检测模块700用于检测环境温度、湿度和气压。

在本具体实施例中，传感器接口模块600包括输入电压信号放大电路、传感器内部温度检测电路和传感器内部加热器供电电路。

在本具体实施例中，传感器接口模块600的输入电压信号放大电路部分包括两级差分放大电路，可以根据不同传感器的输入电压信号范围选择使用两级放大或只使用一级放大；当传感器输入信号电压很大时，选择一级同相放大。

在本具体实施例中，传感器内部加热器供电电路的供电由微功耗低噪声升压转换器提供，可通过关断升压转换器使其与输出负载断开。

在本具体实施例中，电池充电模块400由型号为ETA4056的充电芯片实现，单片机控制模块由型号为STM32F103RCT6或PIN脚兼容的其它STM32单片机来实现。

具体实施过程中，单片机控制模块100的外围输入端连接有传感器接口模块600输出的模拟信号、板载温度湿度和气压检测模块700输出的数字信号、按键输入模块800输出的数字信号、电池充电模块400状态输出的数字信号和USB接口模块300输出的数字信号，单片机控制模块100的外围输出端连接到显示模块200的输入端。USB接口模块300的USB接口电源输入端还接到电池充电模块400的输入端给系统的电池充电，电池充电模块400的电源输出接到电池和电池供电电源转换模块500的输入端，电池充电模块400的输出端还接到单片机控制模块100的外围输入端，电池供电电源转换模块500给所有模块供电。

如图2所示，本实用新型传感器接口模块600可以连接多种电压输出型传感器(比如氧气传感器、光电传感器，等等)，对传感器输出信号进行放大、滤波后送给单片机控制模块100的ADC端口进行数据采集并进行后处理和显示。

当本实用新型传感器接口模块600连接微弱电压信号输出型传感器，U2、U3与U6共同组成两级差分放大器，放大后的信号经R109和C75组成的低通滤波器之后接到单片机U1的PC3端口进行ADC数据转换。

当本实用新型传感器接口模块600连接小电压信号输出型传感器，U2与R24、R20、C8、R21、R23、C1等组成对传感器输入正信号的同相放大器，U3与R22、R76、C8、R77、R78、C4等组成对传感器输入负信号的同相放大器，VREF经过R115分别接到U2和U3的反向输入端给它们提供直流偏置，经U2放大后的信号经R3和C6组成的低通滤波器之后接到单片机U1的PC2端口进行ADC数据转换，经U3放大后的信号经R69和C46组成的低通滤波器之后接到单片机U1的PC1端口进行ADC数据转换。

当本实用新型传感器接口模块600连接大电压信号输出型传感器，R71、R94和R123使用0R跳线电阻旁路U3组成的放大电路，U2与R166、R24、R20、C8、R21、R23、C1等组成对传感器输入正信号的同相放大器，经U2放大后的信号经R3和C6组成的低通滤波器之后接到单片机U1的PC2端口进行ADC数据转换，传感器输入负信号经过R94、R123之后接到单片机U1的PC1端口进行ADC数据转换。

如图3所示，本实用新型传感器接口模块600通过连接器J2与外部传感器相连接。

如图4所示，本实用新型传感器接口模块600的VDDA经过电阻R54给外部传感器内的温度传感器(NTC电阻)提供激励参考电压，外部传感器内的温度传感器(NTC电阻)输出经过R37和C25组成的低通滤波器之后接到单片机U1的PC0端口进行ADC数据转换。

如图4和图5所示，本实用新型传感器接口模块600可以将电池电压升压后通过磁珠B2接到外部传感器内的加热器正端，单片机控制模块100的PA8输出通过电阻R159接到升压芯片U11的第5脚来控制升压转换的使能和关断。

如图6-7所示，本实用新型单片机控制模块100的外围输入和输出接到了各个相应模块，对PC0、PC1、PC2和PC3模拟信号输入进行ADC转换后处理，并对数字信号和状态读取处理后输出给显示模块200显示出来。

Claims

1.一种基于单片机的传感器信号处理系统，其特征在于：包括单片机控制模块、传感器接口模块、按键输入模块、显示模块、电池供电电源转换模块、电池充电模块、USB接口模块，所述传感器接口模块与电池供电电源转换模块连接，所述USB接口模块与电池充电模块连接，所述传感器接口模块、按键输入模块、显示模块、电池供电电源转换模块、电池充电模块、USB接口模块分别与单片机控制模块连接；

所述单片机控制模块用于控制数据的采集、信号处理和显示、数据存储和传送；

所述按键输入模块用于控制数据采集的方式、数据记录的方式和单片机待机的方式；

所述显示模块用于把采集到的传感器数据经过处理后显示出来，把电池状态、充电状态、时间信息、按键操作状态、数据采集方式和数据记录方式信息显示出来。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的传感器信号处理系统，其特征在于：还包括板载温度湿度和气压检测模块，所述板载温度湿度和气压检测模块用于检测环境温度、湿度和气压。

3.根据权利要求2所述的一种基于单片机的传感器信号处理系统，其特征在于：所述USB接口模块包括USB通路选择电路和USB充电电源输入电路；所述USB通路选择电路用于控制单片机控制模块与外接上位机通过USB数据端口直接相连，或控制单片机控制模块的串行端口通过串口转USB芯片与外接上位机的USB数据端口相连；所述USB充电电源输入电路用于供外界电源通过电池充电模块给电池充电。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于单片机的传感器信号处理系统，其特征在于：所述传感器接口模块包括输入电压信号放大电路、传感器内部温度检测电路和传感器内部加热器供电电路。

5.根据权利要求4所述的一种基于单片机的传感器信号处理系统，其特征在于：所述传感器接口模块的输入电压信号放大电路部分包括两级差分放大电路，可以根据不同传感器的输入电压信号范围选择使用两级放大或只使用一级放大；当传感器输入信号电压很大时，选择一级同相放大。

6.根据权利要求4所述的一种基于单片机的传感器信号处理系统，其特征在于：传感器内部加热器供电电路的供电由微功耗低噪声升压转换器提供，通过关断升压转换器使其与输出负载断开。

7.根据权利要求1或3所述的一种基于单片机的传感器信号处理系统，其特征在于：所述电池充电模块由型号为ETA4056的充电芯片实现，所述单片机控制模块由型号为STM32F103RCT6或PIN脚兼容的其它STM32单片机来实现。