CN215376133U - 一种多通道电桥信号采集装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种多通道电桥信号采集装置，包括：多个电桥模块，每个电桥模块与一个信号放大模块连接，用于将电桥模拟信号输入至信号放大模块；多个信号放大模块，每个信号放大模块与一个滤波处理模块连接，用于对电桥模拟信号进行放大处理，并将放大后的电桥模拟信号传输至滤波处理模块；多个滤波处理模块，与一个ADC模块连接，用于对放大后的电桥模拟信号进行滤波，并将滤波后的电桥模拟信号传输至ADC模块；ADC模块，与微处理器连接，用于将滤波后的电桥模拟信号转换为电桥数字信号，并发送至微处理器；微处理器，与总线通信模块连接，用于利用总线通信模块发送所述电桥数字信号。实现高精度、低功耗、高效率、抗干扰能力强和便于操作的采集电桥信号。

Description

一种多通道电桥信号采集装置
技术领域
本实用新型涉及电桥信号采集技术领域，尤指一种多通道电桥信号采集装置。
背景技术
电桥是一种检测电路，虽然它的结构简单，但它的准确度和灵敏度都比较高，在医学诊断和检测仪器中有广泛的应用。
电桥的测量灵敏度在科学研究,生产应用中都具有重大意义。惠斯通电桥在当代科学测量中的应用非常广泛，同时也广泛地被应用在自动控制中，电桥也广泛应用在称重检测元件上等。
对于电桥信号的采集，采集的仪表有限，而且具有以下缺陷：采集的精度不高、效率低、抗干扰能力低、高功耗、结构复杂不便操作等。
因此需要一种高精度、低功耗、高效率、抗干扰能力强和便于操作的多通道电桥信号采集装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种多通道电桥信号采集装置，可以实现高精度、低功耗、高效率、抗干扰能力强和便于操作的采集电桥信号。
本实用新型提供的技术方案如下：
本实用新型提供一种多通道电桥信号采集装置，包括：
多个电桥模块，每个所述电桥模块与一个信号放大模块连接，用于将电桥模拟信号输入至所述信号放大模块；
多个所述信号放大模块，每个所述信号放大模块与一个滤波处理模块连接，用于对所述电桥模拟信号进行放大处理，并将放大后的电桥模拟信号传输至所述滤波处理模块；
多个所述滤波处理模块，与一个ADC模块连接，用于对所述放大后的电桥模拟信号进行滤波，并将滤波后的电桥模拟信号传输至所述ADC模块；
所述ADC模块，与微处理器连接，用于将所述滤波后的电桥模拟信号转换为电桥数字信号，并发送至所述微处理器；
所述微处理器，与总线通信模块连接，用于利用所述总线通信模块发送所述电桥数字信号。
进一步优选的，所述信号放大模块，包括：
第一运算放大器、第二运算放大器；
所述第一运算放大器的同相输入端、反相输入端与所述电桥模块连接，所述第一运算放大器的输出端与所述滤波处理模块连接；
所述第二运算放大器的同相输入端与所述ADC模块连接，所述第二运算放大器的反相输入端、输出端与所述第一运算放大器连接。
进一步优选的，所述滤波处理模块，包括：
RC滤波电路，所述RC滤波电路的输入端与所述信号放大模块连接，所述RC滤波电路的输出端与所述ADC模块连接。
进一步优选的，所述ADC模块包括；
ADC芯片，所述ADC芯片的输入端与所述滤波处理模块连接，所述ADC芯片的输出端与所述微处理器连接。
进一步优选的，所述微处理器，包括：
STM32芯片，所述STM32芯片的输入端与所述ADC模块连接，所述STM32的输出端与所述总线通信模块连接。
进一步优选的，所述总线通信模块，包括：
CAN总线电路，与所述微处理器连接；
RS485总线电路，与所述微处理器连接。
进一步优选的，还包括：
电源模块，与所述电桥模块、所述信号放大模块、所述ADC模块、所述微处理器、所述总线通信模块连接，用于为多通道电桥信号采集装置提供电量。
进一步优选的，所述电源模块，包括：
第一开关降压调节器，与直流电压源连接，用于接收并输出24V电压；
第二开关降压调节器，与直流电压源连接，用于接收24V电压，并将24V电压转换为5V电压；
稳压器，与所述第二开关调节器连接，用于接收所述5V电压，并将所述5V电压转换为3.3V电压。
进一步优选的，所述第一开关降压调节器，包括：
TPS芯片、第一电阻、第二电阻和第三电阻；
所述TPS芯片的第一输出端与所述第一电阻连接，所述第一电阻与所述第二电阻连接，所述第二电阻与所述第三电阻连接，所述第二电阻还与所述TPS芯片的第二输出端连接，用于调节所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻的阻值，以输出不同的电压。
进一步优选的，所述稳压器，包括：
稳压器芯片、二极管；
所述稳压器芯片的输入端与所述第二开关降压调节器连接，所述稳压器芯片的输出端与所述二极管的第一端连接，所述二极管的第二端接地。
本实用新型提供的一种多通道电桥信号采集装置，具有以下有益效果：通过本实用新型可以采集8路电桥信号，且精度高，抗干扰能力强。同时，可以通过CAN通信RS485通信将采集到数据发送出去。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种多通道电桥信号采集装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本实用新型一种多通道电桥信号采集装置的一个实施例的电路原理图；
图2是本实用新型中信号放大模块的一个实施例的电路原理图；
图3是本实用新型中滤波模块的一个实施例的电路原理图；
图4是本实用新型中ADC模块的一个实施例的电路原理图；
图5是本实用新型中微处理器的一个实施例的电路原理图；
图6是本实用新型中电源模块的一个实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
实施例一
本实用新型的一个实施例，如图1所示，本实用新型提供一种多通道电桥信号采集装置，包括：
多个电桥模块，每个所述电桥模块与一个信号放大模块连接，用于将电桥模拟信号输入至所述信号放大模块。
示例性的，电桥模块包括发送8路电桥信号即如图1所示的传感器信号1～8的电桥模块，精度高且抗干扰能力强。
多个所述信号放大模块，每个所述信号放大模块与一个滤波处理模块连接，用于对所述电桥模拟信号进行放大处理，并将放大后的电桥模拟信号传输至所述滤波处理模块。
示例性的，采样宽电源电压范围、轨到轨输出仪表放大器AD8226ARMZ进行电桥模拟信号放大。
优选的，所述信号放大模块，包括：
第一运算放大器、第二运算放大器。
所述第一运算放大器的同相输入端、反相输入端与所述电桥模块连接，所述第一运算放大器的输出端与所述滤波处理模块连接。
所述第二运算放大器的同相输入端与所述ADC模块连接，所述第二运算放大器的反相输入端、输出端与所述第一运算放大器连接。
示例性的，第一运算放大器(U4)，第二运算放大器(U6A)。
第一运算放大器(U4)同相输入端、反相输入端与所述电桥模块连接，所述第一运算放大器(U4)的输出端与所述滤波处理模块连接。
具体的，第一运算放大其(U4)的型号为AD8226，其中，AD8226的传递函数为：
VOUT＝G(VIN+-VIN-)+VREF
其中：
Figure BDA0003174891200000061
本设计中，RG＝499，代入公式得到增益G＝100。
第二运算放大器(U6A)的型号为ADA4666-2ARMZ，第一运算放大器作为电压跟随器使用，由此得出：
其中：AVCC＝5V，R23＝R23＝5K。
由此得出：
VREF＝2.5V
VOUT＝100(VIN+-VIN-)+2.5V
本实用新型的设计可以同时进行8路电桥信号采样，所以信号放大电路有8路。
多个所述滤波处理模块，与一个ADC模块连接，用于对所述放大后的电桥模拟信号进行滤波，并将滤波后的电桥模拟信号传输至所述ADC模块。
优选的，所述滤波处理模块，包括：
RC滤波电路，所述RC滤波电路的输入端与所述信号放大模块连接，所述RC滤波电路的输出端与所述ADC模块连接。
示例性的，本实用新型采样RC滤波对模拟信号进行处理，具体实现方式如图3所示，单路信号RC滤波，具体包括：
端口(IN1)与信号放大模块的端口(IN1)连接，通过电阻(R21)、电容(C23)、电阻(R24)组成RC滤波电路。
在本实施例中，可以同时进行8路电桥信号采样，所以RC滤波有8路。
所述ADC模块，与微处理器连接，用于将所述滤波后的电桥模拟信号转换为电桥数字信号，并发送至所述微处理器。
优选的，所述ADC模块包括；ADC芯片，所述ADC芯片的输入端与所述滤波处理模块连接，所述ADC芯片的输出端与所述微处理器连接。
具体的，ADC芯片采用AD7609BSTZ,AD7609BSTZ是一款18位、8通道、真差分、同步采样模数数据采集系统(DAS)，该器件内置模拟输入箝位保护、二阶抗混叠滤波器、跟踪保持放大器、18位电荷再分配逐次逼近型模数转换器(ADC)、灵活的数字滤波器、2.5V基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口。芯片供电采用5V供电，采用单点接地方式。具体设计如图4所示。
所述微处理器，与总线通信模块连接，用于利用所述总线通信模块发送所述电桥数字信号。
优选的，所述微处理器，包括：
STM32芯片，所述STM32芯片的输入端与所述ADC模块连接，所述STM32的输出端与所述总线通信模块连接。
示例性的，STM32芯片(U8A)的具体型号为STM32F429VIT6。
优选的，所述总线通信模块，包括：
CAN总线电路，与所述微处理器连接；RS485总线电路，与所述微处理器连接。
具体的，微处理器选用ST的STM32F429VIT6，具体设计如图5所示，STM32芯片上连接有晶振电路，分别通过端口(PHO-OSC_IN)(PH1-OSC_OUT)与晶振电路连接，端口(70、71)与CAN总线电路的(CAN1_RXCAN1_TX)连接。
其中，还包括滤波电路，通过电容(C49～C56)并联组成。还包括系统复位电路，通过上拉电阻(R56)和电容(C59)并联构成，与STM32芯片连接。
优选的，还包括：
电源模块，与所述电桥模块、所述信号放大模块、所述ADC模块、所述微处理器、所述总线通信模块连接，用于为多通道电桥信号采集装置提供电量。
示例性的，电源模块采用DC 24V供电，通过降压型电源管理单片集成电路的开关电压调节器TPS54302DDCR得到DC 5V电压，再通过正向低压降稳压器得到DC 3.3V电压，由此构成了整个电源系统。
本系统还具有可调电压输出能力，可以直接给电桥供电，调节R2、R4、R5的阻值即可得到不同的输出电压，具体设计如图6所示。
优选的，所述电源模块，包括：
第一开关降压调节器，与直流电压源连接，用于接收并输出24V电压。
示例性的，第一开关降压调节器(U1)型号为TPS54302DDCR。
第二开关降压调节器，与直流电压源连接，用于接收24V电压，并将24V电压转换为5V电压。
示例性的，第二开关降压调节器(U2)型号为TPS54302DDCR。
稳压器，与所述第二开关调节器连接，用于接收所述5V电压，并将所述5V电压转换为3.3V电压。
示例性的，稳压器(U3)的型号为LM1117-3.3。
优选的，所述第一开关降压调节器，包括：
TPS芯片、第一电阻、第二电阻和第三电阻。
所述TPS芯片的第一输出端与所述第一电阻连接，所述第一电阻与所述第二电阻连接，所述第二电阻与所述第三电阻连接，所述第二电阻还与所述TPS芯片的第二输出端连接，用于调节所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻的阻值，以输出不同的电压。
示例性的，TPS芯片(U1)与第一电阻(R2)连接，第一电阻(R2)与所述第二电阻(R4)连接，所述第二电阻(R4)与所述第三电阻(R5)连接，所述第二电阻(R4)还与所述TPS芯片的第二输出端连接，用于调节所述第一电阻、所述第二电阻(R4)和所述第三电阻(R5)的阻值，以输出不同的电压。
优选的，所述稳压器，包括：稳压器芯片、二极管；
所述稳压器芯片的输入端与所述第二开关降压调节器连接，所述稳压器芯片的输出端与所述二极管的第一端连接，所述二极管的第二端接地。
示例性的，在通过正向低压降稳压器得到DC 3.3V电压,由此构成了整个电源系统，本系统还具有可调电压输出能力，可以直接给电桥供电，调节R2、R4、R5的阻值即可得到不同的输出电压。
在本实施例中，本实用新型提供的一种高速高精度多通道电桥信号采集模块具有采集8路电桥信号，精度高，抗干扰能力强的特点。同时，可以通过CAN通信RS485通信将采集到数据发送出去。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的程序单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各程序模块可以集成在一个处理单元中，也可是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个处理单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序单元的形式实现。另外，各程序模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，可以通过其他的方式实现。示例性的，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，示例性的，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，示例性的，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性、机械或其他的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种多通道电桥信号采集装置，其特征在于，包括：
多个电桥模块，每个所述电桥模块与一个信号放大模块连接，用于将电桥模拟信号输入至所述信号放大模块；
多个所述信号放大模块，每个所述信号放大模块与一个滤波处理模块连接，用于对所述电桥模拟信号进行放大处理，并将放大后的电桥模拟信号传输至所述滤波处理模块；
多个所述滤波处理模块，与一个ADC模块连接，用于对所述放大后的电桥模拟信号进行滤波，并将滤波后的电桥模拟信号传输至所述ADC模块；
所述ADC模块，与微处理器连接，用于将所述滤波后的电桥模拟信号转换为电桥数字信号，并发送至所述微处理器；
所述微处理器，与总线通信模块连接，用于利用所述总线通信模块发送所述电桥数字信号。
2.根据权利要求1所述的多通道电桥信号采集装置，其特征在于，所述信号放大模块，包括：
第一运算放大器、第二运算放大器；
所述第一运算放大器的同相输入端、反相输入端与所述电桥模块连接，所述第一运算放大器的输出端与所述滤波处理模块连接；
所述第二运算放大器的同相输入端与所述ADC模块连接，所述第二运算放大器的反相输入端、输出端与所述第一运算放大器连接。
3.根据权利要求2所述的多通道电桥信号采集装置，其特征在于，所述滤波处理模块，包括：
RC滤波电路，所述RC滤波电路的输入端与所述信号放大模块连接，所述RC滤波电路的输出端与所述ADC模块连接。
4.根据权利要求1所述的多通道电桥信号采集装置，其特征在于，所述ADC模块包括；
ADC芯片，所述ADC芯片的输入端与所述滤波处理模块连接，所述ADC芯片的输出端与所述微处理器连接。
5.根据权利要求1所述的多通道电桥信号采集装置，其特征在于，所述微处理器，包括：
STM32芯片，所述STM32芯片的输入端与所述ADC模块连接，所述STM32的输出端与所述总线通信模块连接。
6.根据权利要求1所述的多通道电桥信号采集装置，其特征在于，所述总线通信模块，包括：
CAN总线电路，与所述微处理器连接；
RS485总线电路，与所述微处理器连接。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的多通道电桥信号采集装置，其特征在于，还包括：
电源模块，与所述电桥模块、所述信号放大模块、所述ADC模块、所述微处理器、所述总线通信模块连接，用于为多通道电桥信号采集装置提供电量。
8.根据权利要求7所述的多通道电桥信号采集装置，其特征在于，所述电源模块，包括：
第一开关降压调节器，与直流电压源连接，用于接收并输出24V电压；
第二开关降压调节器，与直流电压源连接，用于接收24V电压，并将24V 电压转换为5V电压；
稳压器，与所述第二开关降压调节器连接，用于接收所述5V电压，并将所述5V电压转换为3.3V电压。
9.根据权利要求8所述的多通道电桥信号采集装置，其特征在于，所述第一开关降压调节器，包括：
TPS芯片、第一电阻、第二电阻和第三电阻；
所述TPS芯片的第一输出端与所述第一电阻连接，所述第一电阻与所述第二电阻连接，所述第二电阻与所述第三电阻连接，所述第二电阻还与所述TPS芯片的第二输出端连接，用于调节所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻的阻值，以输出不同的电压。
10.根据权利要求9所述的多通道电桥信号采集装置，其特征在于，所述稳压器，包括：
稳压器芯片、二极管；
所述稳压器芯片的输入端与所述第二开关降压调节器连接，所述稳压器芯片的输出端与所述二极管的第一端连接，所述二极管的第二端接地。
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