一种传感器信号调理电路的设计制造技术

本发明专利技术公开了一种传感器信号调理电路的设计，实现了自动提示放样、告知吹瓶结束时间和自动进行信号调理的高自动化控制，电路能对传感器信号进行转换进而实现电压的放大、滤波且能保护硬件系统。本发明专利技术的电路设计包括：传感器信号转换、电压比较、光电耦合电路、工作指示、电压放大、滤波、电压跟随、电压保护和电源电路。该调理电路能够实现工作状态的控制，自动提示放样时间，同时可以实现电压放大，能滤去高频噪声，输出信号不受放大电路负载影响且能保护电路，自动化程度高，也能够很好的实现信号的调理功能。

【技术实现步骤摘要】
一种传感器信号调理电路的设计
本专利技术涉及一种电子鼻传感器信号调理电路的设计，尤其是一种自动化程度高，低功耗、性能优越的调理电路设计。
技术介绍
电子鼻是一种集传感器、电子、计算机和人工智能等技术于一体的模仿哺乳动物嗅觉系统的结构和机理实现对物质进行感知、分析和判断的电子系统。电子鼻在感观分析上的优势,使越来越多的人开始研究它。传感器作为电子鼻系统重要的组成部分，与之对应的调理电路设计也显得尤为重要，为适应电子鼻系统在采集阶段更进一步自动化的要求，同时实现设备小体积、低功耗、使用灵活的需要，本调理电路设计由传感器信号转换、电压比较、光电耦合电路、工作指示、电压放大、滤波、电压跟随、电压保护和电源电路组成。它能够提高电子鼻系统在检测中自动化水平，同时设计电路功耗低、性能优越、稳定性高。
技术实现思路
本专利技术公布了一种电子鼻传感器调理电路的设计，主要实现了传感器信号的转换、放大及稳定输出。本专利技术采用以下技术方案：一种传感器调理电路的设计，所属的调理电路设计，包括传感器信号转换电路、电压比较电路、光电耦合电路、工作指示电路、电压放大电路、滤波电路、跟随电路、保护电路和电源电路。传感器信号转换电路采用电阻分压电路，气敏传感器可等效为一个可变电阻，通过串联电阻分压可实现传感器信号向电压信号的转换。传感器信号转换电路与电压比较电路相连，比较电路对传感器信号和预设的电压信号进行比较，输出信号进入光耦电路。光电耦合电路与电压比较电路相连，比较电路的输出控制光耦一侧led的亮灭，进而控制另一侧的通断，实现自动控制信号的调理开始。工作指示电路与光电耦合电路相连，通过串联电阻的led指示灯的亮暗提示吹瓶是否结束，传感器电阻是否恢复为初始值。电压放大电路与光耦电路相连，电压放大电路采用同相放大，经过分压的传感器信号通过放大芯片进行电压放大，同时进行一阶有源滤波，最后输出经过放大的电压。滤波电路与放大电路相连，对输出的放大电压进行一阶LC无源滤波，滤除非基波的干扰，使输出的电压稳定。设计的放大电路，能使微弱的传感器电信号进行放大，放大倍数由可调电阻R15进行调节。一阶无源滤波电路与放大电路的输出直接相连，通过R11电阻和无源电容C11进行滤波，避免高频信号对后续A/D转换产生影响，增强电压稳定性。一阶无源滤波的输出电压随即进入电压跟随电路，跟随电路的本质为放大倍数为1的同相放大电路，采用与之前放大电路相同的放大芯片，输出电压与输入电压相同，通过电压跟随能够使后续的A/D转换不受一级放大负载的影响，能够保证A/D转换的准确性。保护电路与跟随电路相连，其实质为二极管单向导通，二极管一端与跟随电路输出相连，另一端则与3V电压相连，输出电压信号进入下一步处理前，对超过保护电路3V的电压信号进行归一化处理。这样避免了A/D转换输入电压过大损坏芯片的问题。本专利技术将一种高度自动化的传感器调理电路运用于电子鼻系统中。调理电路功耗低、性能优越、高稳定，可以对电子鼻系统中对传感器信号进行很好的处理。附图说明图1为本专利技术的系统结构。图2为本专利技术的调理电路设计图具体实施方式本专利技术利用微弱的传感器响应转换为电压信号，经过传感器信号转换电路、电压比较电路、光电耦合电路、工作指示电路、同相放大电路、滤波电路、跟随电路、保护电路对原始电压信号进行调理，经过调理的电压信号能够作为下一步的A/D转换的输入。附图1为本专利技术的系统结构，一下就本专利技术做具体说明。气敏传感器在接触肉品、食品等在腐败过程中挥发的硫化氢、氨气等气体时，在其表面能发生氧化还原反应，不同的气体浓度，发生的反应强度也不同，通过调理电路能够实现信号的转换和数字化。本专利技术涉及一种气敏传感器信号的调理电路，电路包括传感器信号转换、电压比较、电压放大、滤波、跟随、保护和电源电路。该电路设计自动化程度高、功耗低、体积小、兼容性强。附图2示出了本专利技术的调理电路设计图，为了实现高度自动化以及获得稳定可靠的A/D转换输入电压，各部分电路都应设计合理。以下为电路工作过程：1、经过电阻R1分压的传感器气味信息首先转换为电压信号，同时根据传感器参数设置可调电阻R13的电阻值，使其等于传感器的初始电阻R0，同时设置电阻R2＝R1，电阻R13与电阻R2同时也构成分压电路。2、经过R1和R2分压的电路的输出作为比较电路的输入，当传感器电阻变化时，比较电路输入则会有压差，输出电压则会经过光耦电路，进而控制后续的电路；在吹瓶过程中，随着传感器电阻逐渐变回R0，比较器压差越来越小，最终输出为零，光耦电路不工作，后续指示电路灯灭，此时，吹瓶操作结束，可以放入样本进行下一次采样工作。3、光耦电路一侧接比较电路的输出，另一侧接传感器分压信号，当左侧电路通时，光耦电路工作，右侧电路可通，传感器信号可进行放大、滤波；若左侧电路不通，则光耦内部的灯不亮，右侧电路不通，此时吹瓶结束，等待下一次采集。4、采集阶段，光耦工作，传感器信号可进行放大，同时通过工作指示电路的led灯可获得该信息，信号通过同相放大电路对电压进行放大，放大系数K＝1+R15/R12，通过可调电阻R15可以调节放大倍数，同时滤波电容C12对输出电压滤波，输出放大电压。5、输出的放大电压通过滤波电路滤除非基波的电压信号，一阶无源LC滤波电路由R11和C11构成，基波频率为50Hz，根据f＝1/2*pi*r*c，选择合适的R11、C11，这样输出为进过滤波的放大电压信号。6、滤波电路后电压信号经过跟随电路，即放大系数k＝1的同相放大电路，前级输出电压作为放大电路的正输入，负输入直接与输出相连，由放大器的虚短和虚断，输出电压与输入电压相等，该电路放置在A/D转换之前可以防止一级放大电路负载对A/D转换产生影响。7、跟随电路的输出经过保护电路，保护电路一端与跟随电路输出相连同时作为A/D转换的输入，另一端与3V电源相连，当A/D转换输入电压大于或者等于3V时，二极管导通，此时A/D转换电压都为3V，否则，二极管不导通输入电压即为前级跟随电路的输出电压。上面所述的实施方式仅仅是对本专利技术的优选实施方式进行描述，并非对本专利技术的范围进行限定，在不脱离本专利技术设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本专利技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本专利技术的权利要求书确定的保护范围内。用现有技术加以实现。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器信号调理电路的设计，其特征在于：设计包括传感器信号转换、电压比较、光电耦合电路、工作指示、电压放大、滤波、电压跟随、电压保护和电源电路；传感器信号转换电路采用电阻分压电路，气敏传感器可等效为一个可变电阻，可实现传感器信号向电压信号的转换。传感器信号转换电路与电压比较电路相连，比较电路对传感器信号和预设的电压信号进行比较，输出信号控制光耦电路工作。光电耦合电路与电压比较电路相连，比较电路的输出控制光耦通断，实现自动控制信号的调理开始。工作指示电路与光电耦合电路相连，通过指示电路led指示灯的亮暗提示吹瓶是否结束，传感器电阻是否恢复为初始值。电压放大电路与光耦电路相连，电压放大电路采用同相放大，选择低电压供电的运放芯片，正向输入为需要放大的传感器分压电压，经过同相放大和一阶有源滤波，最后输出放大电压。滤波电路与放大电路相连，对输出的放大电压进行无源高频滤波，使输出的电压稳定。跟随电路与滤波电路相连，其实质为放大倍数k＝1的同相放大电路，芯片仍然选择低电压供电的运放芯片，经过滤波的电压信号与放大器正向输入相连，经过同相放大输出电压信号。保护电路与跟随电路相连，其实质为二极管单向导通，输出电压信号进入下一步处理前，对超过保护电路供电电压的信号进行归一化。电源装置为需供电单元提供电压。...

【技术特征摘要】
1.一种传感器信号调理电路的设计，其特征在于：设计包括传感器信号转换、电压比较、光电耦合电路、工作指示、电压放大、滤波、电压跟随、电压保护和电源电路；传感器信号转换电路采用电阻分压电路，气敏传感器可等效为一个可变电阻，可实现传感器信号向电压信号的转换。传感器信号转换电路与电压比较电路相连，比较电路对传感器信号和预设的电压信号进行比较，输出信号控制光耦电路工作。光电耦合电路与电压比较电路相连，比较电路的输出控制光耦通断，实现自动控制信号的调理开始。工作指示电路与光电耦合电路相连，通过指示电路led指示灯的亮暗提示吹瓶是否结束，传感器电阻是否恢复为初始值。电压放大电路与光耦电路相连，电压放大电路采用同相放大，选择低电压供电的运放芯片，正向输入为需要放大的传感器分压电压，经过同相放大和一阶有源滤波，最后输出放大电压。滤波电路与放大电路相连，对输出的放大电压进行无源高频滤波，使输出的电压稳定。跟随电路与滤波电路相连，其实质为放大倍数k＝1的同相放大电路，芯片仍然选择低电压供电的运放芯片，经过滤波的电压信号与放大器正向输入相连，经过同相放大输出电压信...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑丽敏，蒙万隆，姬雪可，杨璐，田立军，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11