全文摘要
本实用新型提出了一种传感器前端信号处理电路，其包括传感器、程控放大器、程控滤波器、单片机和电源，其特征在于：还包括静电保护电路；所述程控放大器包括运算放大器和数模转换器；所述程控滤波器包括滤波芯片和触发器；所述传感器、静电保护电路、运算放大器、滤波芯片顺次电性连接，数模转换器分别与运算放大器和单片机电性连接，触发器分别与滤波芯片和单片机电性连接。通过设置静电保护电路，可以防止传感器通过电缆连接到运算放大器的电路中受到静电放电的损害。
主设计要求
1.一种传感器前端信号处理电路，其包括传感器、程控放大器、程控滤波器、单片机和电源，其特征在于：还包括静电保护电路；所述程控放大器包括运算放大器和数模转换器；所述程控滤波器包括滤波芯片和触发器；所述传感器、静电保护电路、运算放大器、滤波芯片顺次电性连接，数模转换器分别与运算放大器和单片机电性连接，触发器分别与滤波芯片和单片机电性连接。
设计方案
1.一种传感器前端信号处理电路，其包括传感器、程控放大器、程控滤波器、单片机和电源，其特征在于：还包括静电保护电路；
所述程控放大器包括运算放大器和数模转换器；
所述程控滤波器包括滤波芯片和触发器；
所述传感器、静电保护电路、运算放大器、滤波芯片顺次电性连接，数模转换器分别与运算放大器和单片机电性连接，触发器分别与滤波芯片和单片机电性连接。
2.如权利要求1所述的一种传感器前端信号处理电路，其特征在于：所述单片机为89C51。
3.如权利要求2所述的一种传感器前端信号处理电路，其特征在于：所述运算放大器为AD8603，数模转换器包括AD7524芯片；
所述AD7524芯片的OUT1和OUT2引脚分别与AD8603的同相输入端和反相输入端一一对应电性连接，AD7524芯片的DB1-DB7引脚分别与89C51的P1.0-P1.7引脚一一对应电性连接。
4.如权利要求3所述的一种传感器前端信号处理电路，其特征在于：所述静电保护电路包括电容C31、电阻R22、电阻R41、电阻R42和二极管D22-D25；
所述传感器的输出端分别与电阻R22的一端、二极管D22的正极和二极管D23的负极电性连接，二极管D22的负极和二极管D23的正极电性连接，电阻R22的另一端与运算放大器AD8603的反向输入端电性连接，电阻R41的一端分别与二极管D23的正极和电容C31的一端电性连接，电阻R41的另一端与运算放大器AD8603的同相输入端电性连接，运算放大器AD8603的输出端分别与滤波芯片和电阻R42的一端电性连接，电阻R42的另一端分别与电容C31的一端、二极管D24的正极和二极管D25的负极电性连接，电容C31的另一端接地，二极管D24的负极和二极管D25的正极分别与电源电性连接。
5.如权利要求3所述的一种传感器前端信号处理电路，其特征在于：所述滤波芯片为MAX261芯片；
所述AD8603的输出端与MAX261芯片的INA引脚电性连接，MAX261芯片的A0-A3、D0、D1引脚分别与触发器电性连接。
6.如权利要求5所述的一种传感器前端信号处理电路，其特征在于：所述触发器为74HC374触发器；
所述74HC374触发器的Q0-Q5引脚分别与MAX261芯片的A0-A3、D0、D1引脚一一对应电性连接，74HC374触发器的CP引脚与MAX261芯片的WR引脚电性连接，74HC374触发器的D0-D5引脚分别与89C51的P0.0-P0.5引脚一一对应电性连接，74HC374触发器的OE引脚与89C51的P0.6引脚电性连接。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及传感器领域，尤其涉及一种传感器前端信号处理电路。
背景技术
传感器输出的模拟信号一般会通过A\/D转换后输送到单片机中进行处理。传感器是检测系统的前端，传感器输出信号处理的电路对检测系统有着至关重要的作用，其直接决定了检测结果的正确性。通常传感器输出的信号是夹杂噪声和干扰的微弱信号，而且信号强度、噪声和干扰的频率也是变化的，为了得到高信噪比的输出信号，就要求信号处理电路具有放大和滤波功能，且能够按照输入信号强度的不同，以及干扰、噪声频率的不同而改变信号处理电路的放大倍数和滤波器设置。现有技术中程控滤波和程控放大器都是通过调节电阻的阻值进行改变增益的倍数或者滤波方式，这种方式的调节精度不高，而且传感器电缆连接到放大器电路可能会遭到ESD(静电放电)损害，现有技术中的静电保护技术，当传感器的输入阻抗很大时，任会有很大的偏移电压。因此为解决上述问题，本实用新型提供一种增益可调、滤波可调以及具有良好静电保护的传感器前端信号处理电路。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出了一种增益可调、滤波可调以及具有良好静电保护的传感器前端信号处理电路。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种传感器前端信号处理电路，其包括传感器、程控放大器、程控滤波器、单片机和电源，还包括静电保护电路；
程控放大器包括运算放大器和数模转换器；
程控滤波器包括滤波芯片和触发器；
传感器、静电保护电路、运算放大器、滤波芯片顺次电性连接，数模转换器分别与运算放大器和单片机电性连接，触发器分别与滤波芯片和单片机电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，单片机为89C51。
进一步优选的，运算放大器为AD8603，数模转换器包括AD7524芯片；
AD7524芯片的OUT1和OUT2引脚分别与AD8603的同相输入端和反相输入端一一对应电性连接，AD7524芯片的DB1-DB7引脚分别与89C51的 P1.0-P1.7引脚一一对应电性连接。
进一步优选的，静电保护电路包括电容C31、电阻R22、电阻R41、电阻 R42和二极管D22-D25；
传感器的输出端分别与电阻R22的一端、二极管D22的正极和二极管D23 的负极电性连接，二极管D22的负极和二极管D23的正极电性连接，电阻R22 的另一端与运算放大器AD8603的反向输入端电性连接，电阻R41的一端分别与二极管D23的正极和电容C31的一端电性连接，电阻R41的另一端与运算放大器AD8603的同相输入端电性连接，运算放大器AD8603的输出端分别与滤波芯片和电阻R42的一端电性连接，电阻R42的另一端分别与电容C31的一端、二极管D24的正极和二极管D25的负极电性连接，电容C31的另一端接地，二极管D24的负极和二极管D25的正极分别与电源电性连接。
进一步优选的，滤波芯片为MAX261芯片；
AD8603的输出端与MAX261芯片的INA引脚电性连接，MAX261芯片的 A0-A3、D0、D1引脚分别与触发器电性连接。
进一步优选的，触发器为74HC374触发器；
74HC374触发器的Q0-Q5引脚分别与MAX261芯片的A0-A3、D0、D1引脚一一对应电性连接，74HC374触发器的CP引脚与MAX261芯片的WR 引脚电性连接，74HC374触发器的D0-D5引脚分别与89C51的P0.0-P0.5 引脚一一对应电性连接，74HC374触发器的OE引脚与89C51的P0.6引脚电性连接。
本实用新型的一种传感器前端信号处理电路相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过设置静电保护电路，可以防止传感器通过电缆连接到运算放大器的电路中受到静电放电的损害，正常情况下，运算放大器AD8603的输出端的电压等于其输入端的电压，二极管D22和二极管D23的电压近乎为0V，则二极管 D22和二极管D23的漏电电流不会影响传感器的输出信号；当出现ESD事件时，电路中的高压尖峰通过二极管D22和二极管D23放电进入正或负电源，电容C31 存储电荷，降低了ESM尖峰的上升速率，并且在二极管D24或二极管D25把 ESD瞬态转入正或负电源之前，保护运算放大器AD8603的输出级不被闭锁。当运算放大器AD8603的输入端电压超过二极管D22和二极管D23的电压时，电阻R22和电阻R41把运算放大器AD8603的输入端的的电流限制在5mA电流以下；
(2)通过设置程控放大器包括运算放大器和数模转换器，数模转换器把单片机输出的数字信号转换成模拟信号，进而改变运算放大器输入端的电压以及运算放大器放大的倍数，通过单片机和数模转换器，使得程控放大器的调节精度高；
(3)设置程控滤波器包括滤波芯片和触发器，可以通过触发器的触发条件改变滤波芯片的滤波方式，调节方式简单；
(4)整个装置可以实现增益可调、滤波方式可调以及具有静电保护功能。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。
图1为本实用新型一种传感器前端信号处理电路的结构图；
图2为本实用新型一种传感器前端信号处理电路中静电保护电路和程控放大器的电路图；
图3为本实用新型一种传感器前端信号处理电路中程控滤波器的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的一种传感器前端信号处理电路，其包括传感器、程控放大器、程控滤波器、单片机、电源和静电保护电路；其中，程控放大器包括运算放大器和数模转换器；程控滤波器包括滤波芯片和触发器。
在本实施例中，利用单片机来控制增益的倍数以及滤波的方式，在简单的测试场景中，单片机和担任作为中央处理器的功能，处于成本考虑，本实施例单片机采用89C51专门控制增益倍数以及滤波方式，若系统检测精度高以及控制设备多时，可以增加一个主控芯片负责信号处理的任务。
在本实施例中，程控放大器包括运算放大器和数模转换器。单片机将代表增益放大倍数的数字信号发送给数模转换器，数模转换器根据数字信号切换开关，使得数模转换器输出的模拟信号不同，不同的模拟信号代表不同的增益倍数。在本实施例中，数模转换器包括AD7524芯片；AD7524芯片内部集成了8 个模拟开关控制的电阻网络，通过切换不同的模拟开关输出代表不同增益的模拟信号，进而实现放大增益可调。运算放大器对传感器输出的信号进行放大，在本实施例中，运算放大器采用低输入偏置电流、低偏移电流的AD8603，如图 2所示，具体的，AD7524芯片的OUT1和OUT2引脚分别与AD8603的同相输入端和反相输入端一一对应电性连接，AD7524芯片的DB1-DB7引脚分别与 89C51的P1.0-P1.7引脚一一对应电性连接。
静电保护电路，防止传感器通过电缆连接到运算放大器的电路中受到静电放电的损害。现有技术常用的静电保护方法存在传感器输出阻抗大时，静电保护电路任会出现漏电电流。在本实施例中，如图2所示，静电保护电路包括电容C31、电阻R22、电阻R41、电阻R42和二极管D22-D25；具体的，传感器的输出端分别与电阻R22的一端、二极管D22的正极和二极管D23的负极电性连接，二极管D22的负极和二极管D23的正极电性连接，电阻R22的另一端与运算放大器AD8603的反向输入端电性连接，电阻R41的一端分别与二极管D23 的正极和电容C31的一端电性连接，电阻R41的另一端与运算放大器AD8603 的同相输入端电性连接，运算放大器AD8603的输出端分别与滤波芯片和电阻 R42的一端电性连接，电阻R42的另一端分别与电容C31的一端、二极管D24 的正极和二极管D25的负极电性连接，电容C31的另一端接地，二极管D24的负极和二极管D25的正极分别与电源电性连接。其中，正常情况下，运算放大器AD8603的输出端的电压等于其输入端的电压，二极管D22和二极管D23的电压近乎为0V，则二极管D22和二极管D23的漏电电流不会影响传感器的输出信号；当出现ESD事件时，电路中的高压尖峰通过二极管D22和二极管D23 放电进入正或负电源，电容C31存储电荷，降低了ESM尖峰的上升速率，并且在二极管D24或二极管D25把ESD瞬态转入正或负电源之前，保护运算放大器 AD8603的输出级不被闭锁。当运算放大器AD8603的输入端电压超过二极管 D22和二极管D23的电压时，电阻R22和电阻R41把运算放大器AD8603的输入端的的电流限制在5mA电流以下。
程控滤波器，根据干扰、噪声频率的不同而改变不同的滤波方式。在本实施例中，程控滤波器包括滤波芯片和触发器。滤波芯片要求可控制64个不同的中心频率f0、128个不同的品质因数Q及四种工作模式，来实现全通、低通、高通、带阻滤波功能。在本实施例中，如图3所示，滤波芯片为MAX261芯片；触发器为74HC374触发器；具体的，74HC374触发器的Q0-Q5引脚分别与 MAX261芯片的A0-A3、D0、D1引脚一一对应电性连接，74HC374触发器的CP引脚与MAX261芯片的WR引脚电性连接，74HC374触发器的D0-D5引脚分别与89C51的P0.0-P0.5引脚一一对应电性连接，74HC374触发器的OE引脚与89C51的P0.6引脚电性连接。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920122863.4
申请日:2019-01-24
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:83(武汉)
授权编号:CN209541776U
授权时间:20191025
主分类号:G01D 11/00
专利分类号:G01D11/00;G01D3/08;G01D3/00;G01D3/02
范畴分类:31P;
申请人:湖北旭志信息技术有限公司
第一申请人:湖北旭志信息技术有限公司
申请人地址:430000 湖北省武汉市武汉经济技术开发区建银商务公馆B、C幢12层1号房
发明人:王晓光;熊亮
第一发明人:王晓光
当前权利人:湖北旭志信息技术有限公司
代理人:李季
代理机构:42247
代理机构编号:武汉红观专利代理事务所(普通合伙)
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：单片机论文; 运算放大器论文; 传感器技术论文; 电压电流转换器论文; 信号处理论文; 触发器论文; 芯片论文; 89c51论文;