CN216252793U - 小信号采集传输系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种小信号采集传输系统，包括微控制器、RS485通讯电路、电源电路、至少一个差分放大电路和至少一个AD转换电路，至少一个差分放大电路与所述AD转换电路电连接，至少一个AD转换电路与所述微控制器电连接，所述微控制器与所述RS485通讯电路电连接，所述RS485通讯电路、微控制器、差分放大电路和AD转换电路均与所述电源电路连接，接线方便，抗干扰能力强，适用于多通道的小信号采集。
Description
技术领域
本实用新型属于信号采集技术领域，具体涉及一种小信号采集传输系统。
背景技术
随着科技的不断发展，越来越多的场合需要用到小信号的采集，例如类人型机器人，为了能更好的模拟人的行为，代替人去完成一些复杂的，存在危险的工作，需要在机器人上装上数百个，乃至上千个传感器，这些传感器的输出信号大多数都是毫伏级的，能快速准确的测量所有传感器的值就成为机器人研发过程中的关键问题。目前，大多数小信号采集系统，体积偏大，抗干扰能力差，不适于机器人使用。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种小信号采集传输系统。
具体方案如下：
小信号采集传输系统，包括微控制器、RS485通讯电路、电源电路、至少一个差分放大电路和至少一个AD转换电路，至少一个差分放大电路与所述AD转换电路电连接，至少一个AD转换电路与所述微控制器电连接，所述微控制器与所述RS485通讯电路电连接，所述RS485通讯电路、微控制器、差分放大电路和AD转换电路均与所述电源电路连接。
所述差分放大电路包括差分放大器、信号输入端和增益电阻，其中，所述信号输入端包括正相信号输入端和反相信号输入端，所述正相信号输入端和反相信号输入端均与所述差分放大器电连接，所述增益电阻与所述差分放大器电连接。
所述差分放大器上还设置有正相电源供电端、反相电源供电端、参考电源端和信号放大输出端，所述正相电源供电端和反相电源供电端上还设置有差分电路滤波电容，所述正相电源供电端和反相电源供电端均通过差分电路滤波电容与所述电源电路电连接，所述电源电路与所述参考电源端电连接。
所述AD转换电路包括AD转换器，所述AD转换器上设置有至少一路模拟信号输入端、AD转换模式控制端、SPI通信端和数字信号输出端，其中，所述信号放大输出端与模拟信号输入端电连接，所述AD转换模式控制端、SPI通信端和数字信号输出端均与所述微控器电连接。
所述AD转换电路还包括所述AD转换供电端和AD转换电压参考端，所述AD转换器与所述AD转换供电端电连接，所述AD转换供电端设置有AD转换电路滤波电容，所述AD转换供电端通过AD转换电路滤波电容与所述电源电路电连接，所述电源电路与所述AD转换电压参考端电连接。
所述微控制器包括单片机、单片机时钟电路、单片机滤波电容和USART串口，所述单片机时钟电路与所述单片机电连接，所述单片机通过单片机滤波电容与所述电源电路电连接，所述单片机通过USART串口与所述RS485通讯电路电连接。
所述单片机时钟电路包括晶体振荡器和振荡电容，所述晶体振荡器两端分别与振荡电容电连接。
所述RS485通讯电路包括RS485收发器、匹配电阻和静电保护二极管，所述RS485收发器上还设置有数据收发端和数据输送线，所述RS485收发器通过数据收发端与USART串口电连接，所述RS485收发器还通过数据输送线与匹配电阻电连接，所述匹配电阻与所述静电保护二极管电连接。
所述RS485通讯电路上还设置有至少一个RS485接入端口，所述RS485接入端口与所述数据输送线电连接。
所述电源电路包括第一降压模块、第二降压模块、第一基准电压单元和第二基准电压单元，其中，所述第一降压模块包括24V输入端、5V输出端、-5V输出端、7805稳压芯片和7905稳压芯片，所述24V输入端分别与7805稳压芯片和7905稳压芯片电连接，所述7905稳压芯片与-5V输出端电连接，所述7805稳压芯片与5V输出端电连接，所述第二降压模块、第一基准电压单元和第二基准电压单元均与5V输出端电连接，所述第二降压模块为AS1117稳压芯片，所述第一基准电压单元为TL431，所述第二基准电压单元为REF3012。
本实用新型公开了一种小信号采集传输系统，包括差分放大电路，RS485通讯电路、AD转换电路、微控制器和电源电路。所述差分放大电路采用AD8422芯片将输入的小信号放大100倍；所述AD转换电路选用AD7779芯片采集经差分放大电路放大后的信号，AD7779将采集到的信号转换为数字量，通过串行通讯接口发送至微控制器；所述微控制器电路，将从AD7779接受到的数字量信号，进一步处理，然后通过RS485通讯将数据上传。采用RS485通讯使增加了小信号采集系统的抗干扰能力，具有接线方便，抗干扰能力强，适用于多通道的小信号采集。
附图说明
图1是本实用新型的总体结构框图。
图2是差分放大电路的结构示意图。
图3是AD转换电路的结构示意图。
图4是微控器的电路结构示意图。
图5是RS485通讯电路的结构示意图。
图6是电源电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施，而不是全部的实施，基于本实用新型的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，小信号采集传输系统，包括微控制器4、RS485通讯电路3、电源电路5、至少一个差分放大电路1和至少一个AD转换电路2，至少一个差分放大电路1与所述AD转换电路2电连接，至少一个AD转换电路2与所述微控制器4电连接，所述微控制器4与所述RS485通讯电路3电连接，所述RS485通讯电路3、微控制器4、差分放大电路1和AD转换电路2均与所述电源电路5连接。
如图2所示，所述差分放大电路1包括差分放大器10、信号输入端8和增益电阻9，其中，所述信号输入端8包括正相信号输入端6和反相信号输入端7，所述正相信号输入端6和反相信号输入端7均与所述差分放大器10电连接，所述增益电阻9与所述差分放大器10电连接，调节增益电阻9的阻值，可以改变所述差分放大电路的放大倍数。
所述差分放大器10上还设置有正相电源供电端11、反相电源供电端12、参考电源端13和信号放大输出端14，所述正相电源供电端11和反相电源供电端12上还设置有差分电路滤波电容15，所述正相电源供电端11和反相电源供电端12均通过差分电路滤波电容15与所述电源电路5电连接，所述电源电路5与所述参考电源端13电连接。
在本实施例中，所述正相电源供电端11的电压为+5V，所述反相电源供电端12上的电压为-5V，所述正相电源供电端11上的差分电路滤波电容15为两个电容并联连接，所述参考电源端13的电压优选为1.25V。所述差分放大器10的型号优选为ADB8422，所述差分放大器10可将输入的小信号放大至一百倍输出。
如图3所示，所述AD转换电路2包括AD转换器16，所述AD转换器16上设置有至少一路模拟信号输入端17、AD转换模式控制端18、SPI通信端19和数字信号输出端20，其中，所述信号放大输出端14与模拟信号输入端17电连接，所述AD转换模式控制端18、SPI通信端19和数字信号输出端20均与所述微控器电连接。在本实施例中，所述AD转换器16优选为AD7779，所述AD转换器16中包含有八路模拟信号输入端，可以对八路模拟信号进行模数转换，所述AD转换器16还包括四种AD转换模式，通过AD转换模式控制端18来选择AD转换器的转换模式，可以改变AD转换器的转换速率。
所述AD转换电路2还包括所述AD转换供电端22和AD转换电压参考端21，所述AD转换器16与所述AD转换供电端22电连接，所述AD转换供电端22设置有AD转换电路滤波电容23，所述AD转换供电端22通过AD转换电路滤波电容23与所述电源电路5电连接，所述电源电路5与所述AD转换电压参考端21电连接。在本实施例中，所述AD转换供电端22的电压值优选为3.3V，所述AD转换电压参考端21的电压值优选为2.5V。
如图4所示，所述微控制器4包括单片机24、单片机时钟电路25、单片机滤波电容28和USART串口29，所述单片机时钟电路25与所述单片机24电连接，所述单片机24通过单片机滤波电容28与所述电源电路5电连接，所述单片机24通过USART串口29与所述RS485通讯电路3电连接。
所述单片机时钟电路25包括晶体振荡器27和振荡电容26，所述晶体振荡器27两端分别与振荡电容26电连接。所述单片机时钟电路25为单片机提供工作频率，保证了单片机的正常工作，所述单片机的型号优选为STM32F103ZET6。对本领域技术人员来说，电路图中，不同引脚上有相同网络标号时，表示引脚之间为电连接关系，如图4中，单片机时钟电路25中的网络标号“OSCN_IN”与单片机引脚上的“OSC-IN”的网络标号相同，则表示两者为电连接关系。
如图5所示，所述RS485通讯电路3包括RS485收发器31、匹配电阻32和静电保护二极管33，所述RS485收发器31上还设置有数据收发端30和数据输送线34，所述RS485收发器31通过数据收发端30与USART串口29电连接，所述RS485收发器31还通过数据输送线34与匹配电阻32电连接，所述匹配电阻32与所述静电保护二极管33电连接。
所述RS485通讯电路3上还设置有至少一个RS485接入端口35，所述RS485接入端口35与所述数据输送线34电连接。在本实施例中，所述RS485收发器优选为MAX385。
所述电源电路5包括第一降压模块36、第二降压模块37、第一基准电压单元38和第二基准电压单元39，其中，所述第一降压模块36包括24V输入端、5V输出端、-5V输出端、7805稳压芯片和7905稳压芯片，所述24V输入端分别与7805稳压芯片和7905稳压芯片电连接，所述7905稳压芯片与-5V输出端电连接，所述7805稳压芯片与5V输出端电连接，所述第二降压模块37、第一基准电压单元38和第二基准电压单元39均与5V输出端电连接，所述第二降压模块37为AS1117稳压芯片，所述第一基准电压单元38为TL431，所述第二基准电压单元39为REF3012。所述第一降压模块36将24V电压降压至+5V电压和-5V电压，所述第二降压模块将+5V 电压将至3.3V，所述第一基准电压单元38输出2.5V的基准电压，所述第二基准电压电源39输出1.25V的基准电压，所述1.25V为差分放大器提供基准电压，所述2.5V为AD转换器提供基准电压。
本实用新型公开了一种小信号采集传输系统，包括差分放大电路，RS485通讯电路、AD转换电路、微控制器和电源电路。所述差分放大电路采用AD8422芯片将输入的小信号放大100倍；所述AD转换电路选用AD7779芯片采集经差分放大电路放大后的信号，AD7779将采集到的信号转换为数字量，通过串行通讯接口发送至微控制器；所述微控制器电路，将从AD7779接受到的数字量信号，进一步处理，然后通过RS485通讯将数据上传。本设计接线方便，抗干扰能力强，适用于多通道的小信号采集。
本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。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，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.小信号采集传输系统，包括微控制器（4），其特征在于：还包括RS485通讯电路（3）、电源电路（5）、至少一个差分放大电路（1）和至少一个AD转换电路（2），至少一个差分放大电路（1）与所述AD转换电路（2）电连接，至少一个AD转换电路（2）与所述微控制器（4）电连接，所述微控制器（4）与所述RS485通讯电路（3）电连接，所述RS485通讯电路（3）、微控制器（4）、差分放大电路（1）和AD转换电路（2）均与所述电源电路（5）连接。
2.根据权利要求1所述的小信号采集传输系统，其特征在于：所述差分放大电路（1）包括差分放大器（10）、信号输入端（8）和增益电阻（9），其中，所述信号输入端（8）包括正相信号输入端（6）和反相信号输入端（7），所述正相信号输入端（6）和反相信号输入端（7）均与所述差分放大器（10）电连接，所述增益电阻（9）与所述差分放大器（10）电连接。
3.根据权利要求2所述的小信号采集传输系统，其特征在于：所述差分放大器（10）上还设置有正相电源供电端（11）、反相电源供电端（12）、参考电源端（13）和信号放大输出端（14），所述正相电源供电端（11）和反相电源供电端（12）上还设置有差分电路滤波电容（15），所述正相电源供电端（11）和反相电源供电端（12）均通过差分电路滤波电容（15）与所述电源电路（5）电连接，所述电源电路（5）与所述参考电源端（13）电连接。
4.根据权利要求3所述的小信号采集传输系统，其特征在于：所述AD转换电路（2）包括AD转换器（16），所述AD转换器（16）上设置有至少一路模拟信号输入端（17）、AD转换模式控制端（18）、SPI通信端（19）和数字信号输出端（20），其中，所述信号放大输出端（14）与模拟信号输入端（17）电连接，所述AD转换模式控制端（18）、SPI通信端（19）和数字信号输出端（20）均与所述微控器电连接。
5.根据权利要求4所述的小信号采集传输系统，其特征在于：所述AD转换电路（2）还包括所述AD转换供电端（22）和AD转换电压参考端（21），所述AD转换器（16）与所述AD转换供电端（22）电连接，所述AD转换供电端（22）设置有AD转换电路滤波电容（23），所述AD转换供电端（22）通过AD转换电路滤波电容（23）与所述电源电路（5）电连接，所述电源电路（5）与所述AD转换电压参考端（21）电连接。
6.根据权利要求5所述的小信号采集传输系统，其特征在于：所述微控制器（4）包括单片机（24）、单片机时钟电路（25）、单片机滤波电容（28）和USART串口（29），所述单片机时钟电路（25）与所述单片机（24）电连接，所述单片机（24）通过单片机滤波电容（28）与所述电源电路（5）电连接，所述单片机（24）通过USART串口（29）与所述RS485通讯电路（3）电连接。
7.根据权利要求6所述的小信号采集传输系统，其特征在于：所述单片机时钟电路（25）包括晶体振荡器（27）和振荡电容（26），所述晶体振荡器（27）两端分别与振荡电容（26）电连接。
8.根据权利要求7所述的小信号采集传输系统，其特征在于：所述RS485通讯电路（3）包括RS485收发器（31）、匹配电阻（32）和静电保护二极管（33），所述RS485收发器（31）上还设置有数据收发端（30）和数据输送线（34），所述RS485收发器（31）通过数据收发端（30）与USART串口（29）电连接，所述RS485收发器（31）还通过数据输送线（34）与匹配电阻（32）电连接，所述匹配电阻（32）与所述静电保护二极管（33）电连接。
9.根据权利要求8所述的小信号采集传输系统，其特征在于：所述RS485通讯电路（3）上还设置有至少一个RS485接入端口（35），所述RS485接入端口（35）与所述数据输送线（34）电连接。
10.根据权利要求1所述的小信号采集传输系统，其特征在于：所述电源电路（5）包括第一降压模块（36）、第二降压模块（37）、第一基准电压单元（38）和第二基准电压单元（39），其中，所述第一降压模块（36）包括24V输入端、5V输出端、-5V输出端、7805稳压芯片和7905稳压芯片，所述24V输入端分别与7805稳压芯片和7905稳压芯片电连接，所述7905稳压芯片与-5V输出端电连接，所述7805稳压芯片与5V输出端电连接，所述第二降压模块（37）、第一基准电压单元（38）和第二基准电压单元（39）均与5V输出端电连接，所述第二降压模块（37）为AS1117稳压芯片，所述第一基准电压单元（38）为TL431，所述第二基准电压单元（39）为REF3012。
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