CN215727856U - 一种电阻式传感器阵列的测量系统 - Google Patents

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刘川
韩宋佳
林泽邦
颜安
万权震
周凯晨
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Abstract

本实用新型提供一种电阻式传感器阵列的测量系统，该系统包括电阻式传感器阵列、模数转换器、精密参考电阻、通道切换器、电源、微处理器MCU、信号发送/接收模块和显示单元；电阻式传感器阵列共有m行n列，共m*n个传感器，且同一行的传感器的P端连接在一起、同一列的传感器的N端连接在一起，共引出m+n个端口；电阻式传感器阵列的P端与模数转换器相连接，所述模数转换器与微处理器MCU相连接，所述传感器阵列的N端与通道切换器相连接，所述通道切换器与微处理器MCU相连接，显示单元与微处理器MCU相连接；精密参考电阻与电阻式传感器阵列连接。本实用新型成本低，又能保证测量精准性和实时性。

Description

一种电阻式传感器阵列的测量系统
技术领域
本实用新型涉及传感器测量设备领域，更具体地，涉及一种电阻式传感器阵列的测量系统。
背景技术
随着时代的发展和科学技术的进步，各种传感器技术不断成熟和进步。其中电阻式传感器，如压阻式传感器等在各种智能化设备比如人造皮肤、智能鞋垫等中就有着极其广泛的应用。
电阻式传感器是一种将物理或者化学信号转化为电信号，且电阻值随输入的物理或化学信号变化而变化的器件。传感器输出的电信号就需要一个专门的测量系统来读取。在传统的工程实际中，需要有传感器与多台测量仪表有机地组合起来，构成一个整体，才能完成信号的检测；这样的传感器检测方式虽然精准，但却对设备和成本有着较高的要求。为减少成本，又能保证测量精准性和实时性，需要一款成本低廉、反应迅速和测量精准的电阻式传感器阵列测量系统。
实用新型内容
本实用新型提供一种低成本、工作稳定、高精度的电阻式传感器阵列的测量系统。
为了达到上述技术效果，本实用新型的技术方案如下：
一种电阻式传感器阵列的测量系统，包括电阻式传感器阵列、模数转换器、精密参考电阻、通道切换器、电源、微处理器MCU、信号发送/接收模块和显示单元；
所述电阻式传感器阵列共有m行n列，共m*n个传感器，且同一行的传感器的P端连接在一起、同一列的传感器的N端连接在一起，共引出m+n个端口；
所述电阻式传感器阵列的P端与模数转换器相连接，所述模数转换器与微处理器MCU相连接，所述传感器阵列的N端与通道切换器相连接，所述通道切换器与微处理器MCU相连接，显示单元与微处理器MCU相连接；精密参考电阻与电阻式传感器阵列连接。
进一步地，所述电阻式传感器阵列共有m行n列，共m*n个传感器，且第i行的所有传感器的P端连接到端口ROWi、第j列的所有传感器的N端连接到端口COLj，共引出m个ROW端口和n个COL端口。
进一步地，所述精密参考电阻的一端与传感器阵列的P端连接，另一端与电源正极连接。
进一步地，所述精密参考电阻为m个相同规格的独立电阻，精密参考电阻的阻值与待测传感器的阻值处于相近数量级，精密参考电阻的一端与传感器阵列的ROW端连接，另一端与电源正极连接。
进一步地，所述模数转换器为m个独立的模数转换器，所述的模数转换器包括微处理器MCU的模拟输入端口。
进一步地，所述通道切换器为n个独立的通道切换器，且通道切换器可在悬空和接地的模式中切换，所述的通道切换器包括微处理器MCU的开漏输出端口。
进一步地，所述显示单元与微处理器MCU相连接，用以显示测量结果，所述显示单元是LCD屏幕或者OLED屏幕。
进一步地，系统还包括蓝牙信号模块，蓝牙信号模块与微处理器MCU连接，用于将信号输出至手机、电脑、手环显示。
优选地，所述的微处理器MCU是STM32芯片。
进一步地，所述的通道切换器为STM32芯片的开漏输出端口，通过通道切换器使COLj接地，使其他的COL端口悬空。
与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：
本实用新型通过所述的通道切换器进行切换，并根据基尔霍夫电流定律列出电路方程，使用迭代的方法求解传感器阻值并转换为实际信号，最终在显示单元上进行显示，具有低成本、工作稳定、高精度的特点。
附图说明
图1为本实用新型结构原理图；
图2是电阻式传感器等效模型图；
图3是本实用新型所述的一种m*n电阻值传感器阵列的检测系统的一种实施例的结构示意图；
图4是本实用新型所述的一种m*n电阻值传感器阵列的检测系统的一种实施例的结构示意图；
图5是本实用新型所述的一种m*n电阻值传感器阵列的检测系统的一种实施例的结构示意图；
图6是本实用新型所述的一种m*n电阻值传感器阵列的检测系统的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。
如图1所示，一种电阻式传感器阵列的测量系统，包括电阻式传感器阵列、模数转换器、精密参考电阻、通道切换器、电源、微处理器MCU、信号发送/接收模块和显示单元；
电阻式传感器阵列共有m行n列，共m*n个传感器，且同一行的传感器的P端连接在一起、同一列的传感器的N端连接在一起，共引出m+n个端口；
电阻式传感器阵列的P端与模数转换器相连接，所述模数转换器与微处理器MCU相连接，所述传感器阵列的N端与通道切换器相连接，所述通道切换器与微处理器MCU相连接，显示单元与微处理器MCU相连接；精密参考电阻与电阻式传感器阵列连接。
电阻式传感器阵列共有m行n列，共m*n个传感器，且第i行的所有传感器的P端连接到端口ROWi、第j列的所有传感器的N端连接到端口COLj，共引出m个ROW端口和n个COL端口。
其中，微处理器MCU是STM32芯片；显示单元是LCD屏幕或者OLED屏幕。
精密参考电阻为m个相同规格的独立电阻，精密参考电阻的阻值与待测传感器的阻值处于相近数量级，精密参考电阻的一端与传感器阵列的ROW端连接，另一端与电源正极连接。
模数转换器为m个独立的模数转换器，所述的模数转换器包括微处理器MCU的模拟输入端口。
通道切换器为n个独立的通道切换器，且通道切换器可在悬空和接地的模式中切换，所述的通道切换器包括微处理器MCU的开漏输出端口。
通道切换器为STM32芯片的开漏输出端口，通过通道切换器使COLj接地，使其他的COL端口悬空。
系统可设置蓝牙信号模块，蓝牙信号模块与微处理器MCU连接，用于将信号输出至手机、电脑、手环显示。
如图2-3所示，共有16个电阻式传感器，形成4行4列的传感器阵列，其中第i行第j列的传感器的等效为可调电阻Ri,j，i和j的取值为1、2、3或4。
R1,j的P端连接到端口ROW1，R2,j的P端连接到端口ROW2，R3,j的P端连接到端口ROW3，R4,j的P端连接到端口ROW4。Ri,1的N端连接到端口COL1，Ri,2的N端连接到端口COL2，Ri,3的N端连接到端口COL3，Ri,4的N端连接到端口COL4。
ROW1、ROW2、ROW3和ROW4分别通过独立的精密参考电阻RREF连接到电源正极VCC。
ROW1、ROW2、ROW3和ROW4分别接微处理器MCU的4路独立模拟输入端口，COL1、COL2、COL3和COL4分别接微处理器MCU的4路独立开漏输出端口。
令COL1接地，COL2、COL3和COL4悬空，对ROW1、ROW2、ROW3和ROW4作电压采样，获得四个采样值，分别为ADC_ConvertedValue1,1，ADC_ConvertedValue2,1，ADC_ConvertedValue3,1和ADC_ConvertedValue4,1。然后将这四个值转换为实际电压值，在此转换过程中采用以下公式：
Vi,j＝ADC_ConvertedValuei,j/2n*VCC
此时，使用基尔霍夫电流定律对节点ROW1、ROW2、ROW3和ROW4列电路方程，得到的方程如下：
Figure BDA0003029814180000041
Figure BDA0003029814180000042
Figure BDA0003029814180000043
Figure BDA0003029814180000051
其中，Vi|j为第j列接地时，第i列的电压，i≠j。故V2|1、V3|1和V4|1分别对应图1中节点COL2、COL3和COL4处的电压值。对于这三个节点，根据基尔霍夫电压定律，可以列出电路方程如下：
Figure BDA0003029814180000052
Figure BDA0003029814180000053
Figure BDA0003029814180000054
根据节点COL2、COL3和COL4处的电路方程，可以求出V1|1，V2|1和V3|1的表达式。
将V1|1，V2|1和V3|1的表达式代入到节点ROW1的电路方程，并假定为R1,1以外的电阻的电阻值为真实值，即可更新R1,1的电阻值。同理，将V1|1，V2|1和V3|1的表达式代入到节点ROW2、ROW3和ROW4的电路方程，即可更新R2,1、R3,1和R4,1的电阻值。
同理，如图4所示，令端口COL2接地，COL1、COL3和COL4悬空，可以列出对应的电路方程。经过类似步骤，即可更新R1，2、R2，2、R3，2和R4，2的电阻值。
同理，如图5所示，令端口COL3接地，COL1、COL2和COL4悬空，可以列出对应的电路方程。经过类似步骤，即可更新R1，3、R2，3、R3，3和R4，3的电阻值。
同理，如图6所示，令端口COL4接地，COL1、COL2和COL3悬空，可以列出对应的电路方程。经过类似步骤，即可更新R1，4、R2，4、R3，4和R4，4的电阻值。
经过上述步骤，微处理器MCU完成了一次完整的迭代过程，16个电阻的电阻值都比原来更加接近真实值。在第一次迭代中，选择电阻Ri，j的迭代初始值为RREF。每次迭代过后，测量的结果都会更加精确，迭代次数视实际需求而定。
得到了所需要的精度内的电阻值后，可以根据传感器的阻值特性曲线转换为实际的信号，并在OLED屏幕上进行显示。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电阻式传感器阵列的测量系统，其特征在于，包括电阻式传感器阵列、模数转换器、精密参考电阻、通道切换器、电源、微处理器MCU、信号发送/接收模块和显示单元；
所述电阻式传感器阵列共有m行n列，共m*n个传感器，且同一行的传感器的P端连接在一起、同一列的传感器的N端连接在一起，共引出m+n个端口；
所述电阻式传感器阵列的P端与模数转换器相连接，所述模数转换器与微处理器MCU相连接，所述传感器阵列的N端与通道切换器相连接，所述通道切换器与微处理器MCU相连接，显示单元与微处理器MCU相连接；精密参考电阻与电阻式传感器阵列连接。
2.根据权利要求1所述的电阻式传感器阵列的测量系统，其特征在于，所述电阻式传感器阵列共有m行n列，共m*n个传感器，且第i行的所有传感器的P端连接到端口ROWi、第j列的所有传感器的N端连接到端口COLj，共引出m个ROW端口和n个COL端口。
3.根据权利要求2所述的电阻式传感器阵列的测量系统，其特征在于，所述精密参考电阻的一端与传感器阵列的P端连接，另一端与电源正极连接。
4.根据权利要求3所述的电阻式传感器阵列的测量系统，其特征在于，所述精密参考电阻为m个相同规格的独立电阻，精密参考电阻的阻值与待测传感器的阻值处于相近数量级，精密参考电阻的一端与传感器阵列的ROW端连接，另一端与电源正极连接。
5.根据权利要求4所述的电阻式传感器阵列的测量系统，其特征在于，所述模数转换器为m个独立的模数转换器，所述的模数转换器包括微处理器MCU的模拟输入端口。
6.根据权利要求5所述的电阻式传感器阵列的测量系统，其特征在于，所述通道切换器为n个独立的通道切换器，且通道切换器可在悬空和接地的模式中切换，所述的通道切换器包括微处理器MCU的开漏输出端口。
7.根据权利要求6所述的电阻式传感器阵列的测量系统，其特征在于，所述显示单元与微处理器MCU相连接，用以显示测量结果，所述显示单元是LCD屏幕或者OLED屏幕。
8.根据权利要求7所述的电阻式传感器阵列的测量系统，其特征在于，系统还包括蓝牙信号模块，蓝牙信号模块与微处理器MCU连接，用于将信号输出至手机、电脑、手环显示。
9.根据权利要求8所述的电阻式传感器阵列的测量系统，其特征在于，所述的微处理器MCU是STM32芯片。
10.根据权利要求9所述的电阻式传感器阵列的测量系统，其特征在于，所述的通道切换器为STM32芯片的开漏输出端口，通过通道切换器使COLj接地，使其他的COL端口悬空。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115628761A (zh) * 2022-09-30 2023-01-20 华南理工大学 一种低功耗抗扰动的电阻式传感器及可穿戴设备

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