CN219265548U - 一种阵列式压力传感器的数据采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种阵列式压力传感器的数据采集电路，其特征在于，包括恒定参考电阻、运放、A/D模块、模拟开关和阵列式分布的压力传感器，所述恒定参考电阻和所述压力传感器与所述运放连接，所述运放的负输入端连接所述模拟开关的公共端，所述运放的输出端连接所述A/D模块。该采集电路能够降低阵列压阻传感器在数据采集过程中的串扰噪声，提高采样精度和准确度。

Description

一种阵列式压力传感器的数据采集电路

技术领域

本实用新型涉及触觉感知电路领域，具体而言，涉及一种阵列式压力传感器的数据采集电路。

背景技术

随着机器人技术的发展，其触觉系统对机器人的感知能力的提升尤为重要，由于压阻传感器具有较好的灵敏度，目前多采用阵列式压阻传感器实现多点触觉的感知，以保证机器人的触觉感应范围。但目前市面上采用的阵列压阻传感器的采集电路在数据采集过程中存在交大的串扰，对测量精度和准确性造成较大影响，难以实现对压阻传感器的信号采集。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种阵列式压力传感器的数据采集电路，能够降低阵列压阻传感器的采集电路在数据采集过程中的串扰噪声，提高采样精度和准确度。

为实现上述效果，本实用新型特采用以下技术方案：

本实用新型提供一种阵列式压力传感器的数据采集电路，包括恒定参考电阻、运放、A/D模块、模拟开关和阵列式分布的压力传感器，所述恒定参考电阻和所述压力传感器与所述运放连接，所述运放的负输入端连接所述模拟开关的公共端，所述运放的输出端连接所述A/D模块。

其中，通过运放来构成差分电路，能够保证电信号的完整性并且最小化串扰产生的营销；模拟开关为控制压力传感器的开关，由于压力传感器受到压力自身的电阻会发生改变，将恒定参考电阻、压力传感器接入运放后，通过模拟开关选择要采集的压力传感器，这时运放输出端的电压为与压力成比例的电信号，而A/D模块能够拾取电压信号，将其转变为数字信号，实现对压力传感器信号的采集。

进一步地，所述压力传感器为矩形阵列式分布，所述模拟开关包括多路模拟开关M1和多路模拟开关M2，所述多路模拟开关M1用于实现所述压力传感器的行通道切换，所述多路模拟开关M2用于实现所述压力传感器的列通道切换。

压力传感器呈矩形阵列式分布的有益效果在于，仅用两个多路开关即可对每一个压力传感器的精准控制，从而实现对整个传感器分布区域的扫查，和对压力分布的检测。

进一步地，所述恒定参考电阻与所述运放的负输入端连接，所述压力传感器通过所述多路模拟开关M1的公共端与所述运放的负输入端连接，通过多路模拟开关M2的公共端与所述运放的输出端连接。

当压力传感器设置为受到压力电阻变大时，通过此方法连接后，运放输出端的电压与输入电压之间的关系为：

其中，Vin为恒定电压，Rij为各不同行列的压力电阻传感器的电阻值，Rf为恒定参考电阻。通过A/D模块将电压信号转化为数字信号后，即可实现压力传感器阵列内部的信号采集。

进一步地，所述压力传感器通过所述多路模拟开关M1的公共端和多路模拟开关M2的公共端与所述运放的负输入端连接，所述恒定参考电阻与所述运放的负输入端和输出端连接。

当压力传感器设置为受到压力电阻变小时，通过此方法连接后，运放输出端的电压与输入电压之间的关系为：

其中，Vin为恒定电压，Rij为各不同行列的压力电阻传感器的电阻值，Rf为恒定参考电阻。通过A/D模块将电压信号转化为数字信号后，即可实现压力传感器阵列内部的信号采集。

进一步地，还包括有与所述A/D模块连接的MCU模块，所述MCU模块通过电路与所述多路模拟开关M1和所述多路模拟开关M2连接，以实现对所述多路模拟开关M1和所述多路模拟开关M2的控制。

MCU模块能够切换多路模拟开关M1的通道，实现不同的行选择；切换多路模拟开关M2的通道，实现不同的列选择。

进一步地，还包括有提供固定电压的电压输入端，所述电压输入端与所述运放的负输入端连接。电压输入端提供固定的电压，使运放输出端的电压大小完全与压力成比例。

进一步地，还包括有与所述运放的正输入端连接的反馈电阻和供电电压端。能够有效提高差分电路的稳定性。

进一步地，还包括有与所述MCU模块连接的PC端口，用于将采集的数据导入计算机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)应用于阵列式压力传感器的数据采集，可单独对一个行列的压力传感器进行信号的采集，并通过切换行列开关通道，实现对整个阵列传感器的扫查，对在传感器分布区域内压力分布的检测，因此本实用新型的采集电路可灵活扩展至不同数量的阵列式压力传感器中。

(2)增设运放实现差分电路，并且对单个行列的压力传感器进行信号的采集，有效降低了数据采集过程中的串扰噪声，提高测量的精度和准确性。

(3)通过改变压力传感器、恒定参考电阻和运放之间的连接关系，可适用于不同特性的压力传感器，保证电路的信噪比和灵敏度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例所提供的压力传感器电阻随压力变大时的数据采集电路；

图2为本实用新型实施例所提供的压力传感器电阻随压力变小时的数据采集电路。

其中，1-电压输入端，2-恒定参考电阻，3-运放，4-多路模拟开关M1，5-多路模拟开关M2，6-阵列式压力传感器，7-A/D模块，8-MCU模块，9-PC端口，10-反馈电阻。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连通，也可以是可拆卸连通，或一体地连通；可以是机械连通，也可以是电连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更加清晰的对本实用新型中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。

实施例

如图1所示，本实施例提供了一种阵列式压力传感器的数据采集电路，包括电压输入端1、恒定参考电阻2、运放3、阵列式压力传感器6、模拟开关、A/D模块7、MCU模块8和PC端口9。

其中，压力传感器为矩形阵列式分布，由i行和j列组成；模拟开关包括多路模拟开关M1(4)和多路模拟开关M2(5)，其中多路模拟开关M1(4)包括i路通道，分别与压力传感器的每一行连接，多路模拟开关M2(5)包括j路通道，分别与压力传感器的每一列连接。可以理解的是，根据行列数量不同的阵列式压力传感器选择匹配的多路模拟开关，可实现对采集电路的灵活扩展。

其中，电压输入端1能够提供固定的输入电压Vin，且连接有恒定参考电阻2，恒定参考电阻2与运放3的负输入端连接，多路模拟开关M1(4)的公共端在恒定参考电阻2之后与运放的负输入端连接，运放3的输出端依次与多路模拟开关M2(5)的公共端、A/D模块7、MCU模块8和PC端口9连接。此外，运放3的正输入端连接有提高差分电路稳定性的反馈电阻10和供电电压端。

其中，MCU模块8通过电路连接多路模拟开关M1(4)和多路模拟开关M2(5)，因此，MCU模块8可控制切换多路模拟开关M1(4)的通道，实现对压力传感器的行选择；控制切换多路模拟开关M2(5)的通道，实现对压力传感器的列选择。

由于压力传感器的电阻会根据自身受到的压力而改变，运放3输出端的输出电压Vo为与压力成比例的电信号，该电信号经过A/D模块7后会被转化为数字信号，从而实现对压力传感器信号的采集。因此，通过MCU模块8切换不同行列的压力传感器，可实现对整个阵列传感器的扫查，对在传感器分布区域内压力分布的检测。在本实施例中，压力传感器为受到压力电阻变大的类型，运放3输出端的电压与输入电压之间的关系为：

其中Rij为不同行列的压力传感器的电阻值，Rf为恒定参考电压2。

而当压力传感器为受到压力电阻变小的类型时，可将电路中的连接方式更改为如图2所示：电压输入端1连接多路模拟开关M1(4)的公共端，多路模拟开关M2(5)的公共端连接运放3的负输入端，恒定参考电阻2在多路模拟开关M2(5)之后连接运放3的负输入端和输出端。此时，运放3输出端的电压与输入电压之间的关系为：

在本实用新型中，增设了运放3实现差分电路，并且可对单个行列的压力传感器进行信号的采集，大大降低了数据采集过程中的存在的串扰，有效提高了测量的精度和准确性。另外根据使用压力传感器的特性对电路进行调整，可保证电路的信噪比和灵敏度处于较高的范围内。

最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种阵列式压力传感器的数据采集电路，其特征在于，包括恒定参考电阻、运放、A/D模块、模拟开关和阵列式分布的压力传感器，所述恒定参考电阻和所述压力传感器与所述运放连接，所述运放的负输入端连接所述模拟开关的公共端，所述运放的输出端连接所述A/D模块。

2.根据权利要求1所述的数据采集电路，其特征在于，所述压力传感器为矩形阵列式分布，所述模拟开关包括多路模拟开关M1和多路模拟开关M2，所述多路模拟开关M1用于实现所述压力传感器的行通道切换，所述多路模拟开关M2用于实现所述压力传感器的列通道切换。

3.根据权利要求2所述的数据采集电路，其特征在于，所述恒定参考电阻与所述运放的负输入端连接，所述压力传感器通过所述多路模拟开关M1的公共端与所述运放的负输入端连接，通过多路模拟开关M2的公共端与所述运放的输出端连接。

4.根据权利要求2所述的数据采集电路，其特征在于，所述压力传感器通过所述多路模拟开关M1的公共端和多路模拟开关M2的公共端与所述运放的负输入端连接，所述恒定参考电阻与所述运放的负输入端和输出端连接。

5.根据权利要求2所述的数据采集电路，其特征在于，还包括有与所述A/D模块连接的MCU模块，所述MCU模块通过电路与所述多路模拟开关M1和所述多路模拟开关M2连接，以实现对所述多路模拟开关M1和所述多路模拟开关M2的控制。

6.根据权利要求1所述的数据采集电路，其特征在于，还包括有提供固定电压的电压输入端，所述电压输入端与所述运放的负输入端连接。

7.根据权利要求1所述的数据采集电路，其特征在于，还包括有与所述运放的正输入端连接的反馈电阻和供电电压端。

8.根据权利要求5所述的数据采集电路，其特征在于，还包括有与所述MCU模块连接的PC端口，用于将采集的数据导入计算机。

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