CN217932468U - 一种用于气体探测的soc数字化集成模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种用于气体探测的SOC数字化集成模块，包括：多个电流采集通道，用于对传感器阵列中传感器的电流数据进行采集；多个电压采集通道，用于对传感器阵列中传感器的电压数据进行采集；数字滤波模块，用于对传感器的电流数据和电压数据进行数字滤波；运算放大模块，用于对滤波后的传感器的电流数据和电压数据进行放大；多通道ADC模块，用于对放大后的传感器的电流数据和电压数据进行模数转换；嵌入式CPU，用于运行预置的算法程序对接收到的模数转换后的传感器的电流数据和电压数据进行处理计算传感器感应结果；信号输出电路，用于将计算的传感器感应结果传输至外部控制系统。
Description
技术领域
本实用新型属于传感器集成化技术领域，具体的说，涉及了一种用于气体探测的SOC数字化集成模块。
背景技术
随着物联网的发展，传感器的应用领域越发广泛，对传感器的要求也越来越高，集成度高、成本低、精小化、稳定性强的传感器成为发展趋势。目前市面上的数字化传感器模组是基于将传感器外围电路及传感器做成一个模块，其体积较大，成本较高。而模拟信号的传感器在不同设计者的产品上，由于设计上的差异出现质量层次不齐的情况。对于气体传感器来说，需要设计出一种高度集成的数字化多类型传感器，以实现多传感器同步应用，减小环境因素对传感器影响，并能够适用于多气体或单气体环境。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种用于气体探测的SOC数字化集成模块。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
本实用新型第一方面提供了一种用于气体探测的SOC数字化集成模块，包括：
多个电流采集通道，与外部传感器阵列连接，用于对传感器阵列中传感器的电流数据进行采集；
多个电压采集通道，与外部传感器阵列连接，用于对传感器阵列中传感器的电压数据进行采集；
数字滤波模块，与电流采集通道和电压采集通道，用于对传感器的电流数据和电压数据进行数字滤波；
运算放大模块，与数字滤波模块连接，用于对滤波后的传感器的电流数据和电压数据进行放大；
多通道ADC模块，与运算放大模块连接，用于对放大后的传感器的电流数据和电压数据进行模数转换；
嵌入式CPU，包括FPGA核单元，与多通道ADC模块连接，用于运行预置的算法程序对接收到的模数转换后的传感器的电流数据和电压数据进行处理计算传感器感应结果；
信号输出电路，用于将计算的传感器感应结果传输至外部控制系统。
基于上述，所述运算放大模块为由N个可编辑放大器组成的可编辑放大器阵列；
每个可编辑放大器包括并联连接的一个电流型放大器和一个电压型放大器；所述电流型放大器和所述电压型放大器的输入端及输出端之间均连接有一可编辑可控开关；所述电流型放大器的输出端和所述电压型放大器的输出端之间连接有一可编辑可控开关；
上一个可编辑放大器的电压型放大器的输出端连接下一个可编辑放大器的电压型放大器的输入端，上一个可编辑放大器的电流型放大器的输出端连接下一个可编辑放大器的电流型放大器的输入端；
第一个可编辑放大器的电压型放大器的输入端连接第一个可编辑放大器的电流型放大器的输入端，作为该运算放大模块的输入端；
第N个可编辑放大器的电压型放大器的输出端连接第N一个可编辑放大器的电流型放大器的输出端，作为该运算放大模块的输出端。
基于上述，所述电流采集通道采用电流型放大器；
所述电压采集通道采用电压型放大器。
基于上述，所述数字滤波模块包括由n个电阻并联组成的电阻阵列、m个电容并联组成的电容阵列、两个四进一出可编辑可控开关和两个一进四出可编辑可控开关；
每个电阻并联前接有一可编辑可控开关，每个电容并联前接有一可编辑可控开关；
所述电阻阵列中还并联有一可编辑可控开关，所述电容阵列中还并联有一可编辑可控开关；
第一四进一出可编辑可控开关的第二输入端作为所述数字滤波模块的输入端；
第一四进一出可编辑可控开关的第二输入端连接第二四进一出可编辑可控开关的第二输入端；
第一一进四出可编辑可控开关的第三输出端连接第一四进一出可编辑可控开关的第三输入端后，连接至第二一进四出可编辑可控开关的第三输出端；
第一四进一出可编辑可控开关的第三输入端连接第二一进四出可编辑可控开关的第三输出端；
第二一进四出可编辑可控开关的第三输出端作为所述数字滤波模块的输出端。
本发明第二方面提供一种气体探测器，包括：
传感器阵列，包括多种气体传感器；
所述的用于气体探测的SOC数字化集成模块，通过电流采集通道和电压采集通道与传感器阵列连接。
基于上述，所述传感器阵列还包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器。
本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说：
本实用新型通过设计电流采集通道、电压采集通道、数字滤波模块、运算放大模块、多通道ADC模块和信号输出电路等SOC芯片的外围电路，使得在定制专用的SOC芯片时，能够减少设计者对外围电路的选用，避免由于设计上的差异出现质量层次不齐的情况。
附图说明
图1为实施例1的用于气体探测的SOC数字化集成模块的结构框图。
图2为实施例1中运算放大模块的结构示意图。
图3为实施例1中数字滤波模块的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
如图1-3所示，本实施例提供一种用于气体探测的SOC数字化集成模块，包括：
多个电流采集通道，与外部传感器阵列连接，用于对传感器阵列中传感器的电流数据进行采集；
多个电压采集通道，与外部传感器阵列连接，用于对传感器阵列中传感器的电压数据进行采集；
数字滤波模块，与电流采集通道和电压采集通道，用于对传感器的电流数据和电压数据进行数字滤波；
运算放大模块，与数字滤波模块连接，用于对滤波后的传感器的电流数据和电压数据进行放大；
多通道ADC模块，与运算放大模块连接，用于对放大后的传感器的电流数据和电压数据进行模数转换；
嵌入式CPU，包括FPGA核单元，与多通道ADC模块连接，用于运行预置的算法程序对接收到的模数转换后的传感器的电流数据和电压数据进行处理计算传感器感应结果；
信号输出电路，用于将计算的传感器感应结果传输至外部控制系统。
具体的，所述电流采集通道可以采用电流型放大器；所述电压采集通道可以采用电压型放大器。
所述运算放大模块为由N个可编辑放大器组成的可编辑放大器阵列；每个可编辑放大器包括并联连接的一个电流型放大器和一个电压型放大器；所述电流型放大器和所述电压型放大器的输入端及输出端之间均连接有一可编辑可控开关；所述电流型放大器的输出端和所述电压型放大器的输出端之间连接有一可编辑可控开关；上一个可编辑放大器的电压型放大器的输出端连接下一个可编辑放大器的电压型放大器的输入端，上一个可编辑放大器的电流型放大器的输出端连接下一个可编辑放大器的电流型放大器的输入端；第一个可编辑放大器的电压型放大器的输入端连接第一个可编辑放大器的电流型放大器的输入端，作为该运算放大模块的输入端；第N个可编辑放大器的电压型放大器的输出端连接第N一个可编辑放大器的电流型放大器的输出端，作为该运算放大模块的输出端；
本实施例中的运算放大模块，在具体使用时，用户可以根据输入信号的类型及强度需求，通过编辑可编辑可控开关，使电流型放大器和电压型放大器组合为多级放大电路，从而将运算放大模块配置为需要的放大倍数。
所述数字滤波模块包括由n个电阻并联组成的电阻阵列、m个电容并联组成的电容阵列、两个四进一出可编辑可控开关和两个一进四出可编辑可控开关；每个电阻并联前接有一可编辑可控开关，每个电容并联前接有一可编辑可控开关；所述电阻阵列中还并联有一可编辑可控开关，所述电容阵列中还并联有一可编辑可控开关；第一四进一出可编辑可控开关的第二输入端作为所述数字滤波模块的输入端；第一四进一出可编辑可控开关的第二输入端连接第二四进一出可编辑可控开关的第二输入端；第一一进四出可编辑可控开关的第三输出端连接第一四进一出可编辑可控开关的第三输入端后，连接至第二一进四出可编辑可控开关的第三输出端；第一四进一出可编辑可控开关的第三输入端连接第二一进四出可编辑可控开关的第三输出端；第二一进四出可编辑可控开关的第三输出端作为所述数字滤波模块的输出端；
本实施例中的数字滤波模块，在具体使用时，用户可以根据输入信号的情况，通过编辑可编辑可控开关，使电容阵列和电阻阵列组合为高通或低通滤波器，从而将数字滤波模块配置为不同频段的多阶滤波器，用以进行信号滤波。
本实施例中的多通道ADC模块可以采用高精度的ADC模块。如ADI公司或华微公司的逐次逼近型ADC或双积分式ADC模块，从而更好分辨出模拟信号精度，同时多个独立ADC通道还能够满足多路信号同步采集的需求。
本实施例中的嵌入式CPU，采用FPGA核单元，如：Lattice的ECP系列核，紫光的Logos系列核等。这些核价格低，集成度高。
本实施例中的信号输出电路包括有TTL电平串行，SPI，IIC接口以及标准的4-20mA电流输出型接口等，以满足多种类信号输出需求。
实施例2
本实施例提供一种气体探测器，包括：
传感器阵列，包括多种气体传感器；
所述的用于气体探测的SOC数字化集成模块，通过电流采集通道和电压采集通道与传感器阵列连接。
本实施例的气体探测器，在SOC数字化集成模块上集成多种气体传感器，可以根据设计需求对气体传感器的信号进行放大、滤波处理，使得在实现多传感器的同步应用时，无需另外对应气体传感器设计外围电路，从而降低了开发成本，同时还避免了由于设计上的差异出现质量层次不齐的情况。
所述传感器阵列还包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器；通过集成多种环境参数传感器，以监测环境变化对气体探测器的影响，使得在具体使用时可以在算法上基于环境参数对气体探测器的探测结果进行实时修正。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
Claims (6)
1.一种用于气体探测的SOC数字化集成模块，其特征在于，包括：
多个电流采集通道，与外部传感器阵列连接，用于对传感器阵列中传感器的电流数据进行采集；
多个电压采集通道，与外部传感器阵列连接，用于对传感器阵列中传感器的电压数据进行采集；
数字滤波模块，与电流采集通道和电压采集通道，用于对传感器的电流数据和电压数据进行数字滤波；
运算放大模块，与数字滤波模块连接，用于对滤波后的传感器的电流数据和电压数据进行放大；
多通道ADC模块，与运算放大模块连接，用于对放大后的传感器的电流数据和电压数据进行模数转换；
嵌入式CPU，包括FPGA核单元，与多通道ADC模块连接，用于运行预置的算法程序对接收到的模数转换后的传感器的电流数据和电压数据进行处理计算传感器感应结果；
信号输出电路，用于将计算的传感器感应结果传输至外部控制系统。
2.根据权利要求1所述的用于气体探测的SOC数字化集成模块，其特征在于：所述运算放大模块为由N个可编辑放大器组成的可编辑放大器阵列；
每个可编辑放大器包括并联连接的一个电流型放大器和一个电压型放大器；所述电流型放大器和所述电压型放大器的输入端及输出端之间均连接有一可编辑可控开关；所述电流型放大器的输出端和所述电压型放大器的输出端之间连接有一可编辑可控开关；
上一个可编辑放大器的电压型放大器的输出端连接下一个可编辑放大器的电压型放大器的输入端，上一个可编辑放大器的电流型放大器的输出端连接下一个可编辑放大器的电流型放大器的输入端；
第一个可编辑放大器的电压型放大器的输入端连接第一个可编辑放大器的电流型放大器的输入端，作为该运算放大模块的输入端；
第N个可编辑放大器的电压型放大器的输出端连接第N一个可编辑放大器的电流型放大器的输出端，作为该运算放大模块的输出端。
3.根据权利要求1所述的用于气体探测的SOC数字化集成模块，其特征在于：
所述电流采集通道采用电流型放大器；
所述电压采集通道采用电压型放大器。
4.根据权利要求1所述的用于气体探测的SOC数字化集成模块，其特征在于：所述数字滤波模块包括由n个电阻并联组成的电阻阵列、m个电容并联组成的电容阵列、两个四进一出可编辑可控开关和两个一进四出可编辑可控开关；
每个电阻并联前接有一可编辑可控开关，每个电容并联前接有一可编辑可控开关；
所述电阻阵列中还并联有一可编辑可控开关，所述电容阵列中还并联有一可编辑可控开关；
第一四进一出可编辑可控开关的第二输入端作为所述数字滤波模块的输入端；
第一四进一出可编辑可控开关的第二输入端连接第二四进一出可编辑可控开关的第二输入端；
第一一进四出可编辑可控开关的第三输出端连接第一四进一出可编辑可控开关的第三输入端后，连接至第二一进四出可编辑可控开关的第三输出端；
第一四进一出可编辑可控开关的第三输入端连接第二一进四出可编辑可控开关的第三输出端；
第二一进四出可编辑可控开关的第三输出端作为所述数字滤波模块的输出端。
5.一种气体探测器，其特征在于，包括：
传感器阵列，包括多种气体传感器；
权利要求1-4任一项所述的用于气体探测的SOC数字化集成模块，通过电流采集通道和电压采集通道与传感器阵列连接。
6.根据权利要求5所述的气体探测器，其特征在于：所述传感器阵列还包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器。
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| CN202221444968.XU CN217932468U (zh) | 2022-06-10 | 2022-06-10 | 一种用于气体探测的soc数字化集成模块 |
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| CN202221444968.XU Active CN217932468U (zh) | 2022-06-10 | 2022-06-10 | 一种用于气体探测的soc数字化集成模块 |
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