一种解决柔性阵列压阻式传感器信号串扰与多点检测的调理电路及方法技术

本发明专利技术公开一种解决柔性阵列压阻式传感器信号串扰与多点检测的调理电路，包括行选通信号线接口P1、列选通信号线接口P2、一组行控制线、一组列控制线、多路模拟开关U1、多路模拟开关U2、多通道单刀单掷模拟开关U3、多通道单刀单掷模拟开关U4，译码器U5、译码器U6，多路通用运算放大器U7、多路通用运算放大器U8、精密运算放大器U9、多输入或门U10、三极管Q1、滤波电路与主控芯片MCU。对柔性阵列压阻式传感器而言不需改变其本身，只需要引出行列引线再加上一些外围电路即可，从而使得柔性阵列压阻式传感器既解决信号串扰问题又能提高检测速度从而更好地实现多点检测功能且不会丧失柔软易拉伸弯曲、轻便、简洁等优点。简洁等优点。简洁等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种解决柔性阵列压阻式传感器信号串扰与多点检测的调理电路及方法


[0001]本专利技术涉及压力检测
，具体涉及一种解决柔性阵列压阻式传感器信号串扰与多点检测的调理电路及方法。

技术介绍

[0002]柔性阵列压阻式传感器是一种由复合材料组成的压阻式传感器。它具有柔软易拉伸弯曲、轻便、简洁、可实现多点压力检测等优点。因此常作为机器人触觉传感器中的压力检测模块。柔性阵列压阻式传感器中的每一个压阻单元都可以作为一个独立的压力检测单元，因压阻单元的阻值会随着所受压力大小的改变而改变，故可以通过检测单个压阻单元阻值从而获知施加力的大小。将压阻单元阵列化后可以通过行列扫描的方式完成压力的多点检测，从而实现机器人触觉传感器的功能。
[0003]传统的柔性阵列压阻式传感器中的压阻单元间存在着复杂的串并联关系，若使用常规的行列扫描方法来检测选通的压阻单元，因其它未选通的压阻单元会对选通的压阻单元产生串扰，且该串扰会随着阵列行列数目的增大而急剧增大，会对最终的检测结果产生非常大的影响。为抑制串扰，技术专利2017210143960，提供了一种多点网络阵列式压力采集电路，该电路需要为每一路输入信号配置一组运算放大电路，对于较大阵列比如16*16路的阵列共计有256个输入信号，若采用此方法将需要256组运算放大电路，电路规模将会极为庞大，成本也会很高，并且需要引出256个引线，对于柔性阵列压阻式传感器，如此多的外接引线在实际的操作设计中并不可取，会使得柔性阵列压阻式传感器丧失柔软易拉伸弯曲、轻便、简洁等优点。技术专利201921952994.1提供了一种在每一个压阻单元串联一个二极管，阻断了串扰电流的回路，从而隔离串扰信号的方法。但该方法同样不适用于行列数目大的柔性阵列压阻式传感器。以16*16路的阵列为例，按此方法将需要256个二极管，将256个二极管安装在柔性阵列压阻式传感器上实现起来很麻烦且同样会使得其丧失柔软易拉伸弯曲、轻便、简洁等优点，不适合用于机器人触觉传感器中的压力检测。
[0004]传统的多点检测方法是通过行列扫描轮询检测每一个压阻单元的状态，从而达到多点检测的目的。因此行列扫描的速度尤为关键。这种多点检测的方法不适用于行列数目大的柔性阵列压阻式传感器，比如16*16的阵列共有256个压阻单元，假设每一个压阻单元的检测时间为10us，那么完成一次阵列扫描的时间是2.56ms，如果多个压力在2ms内出现，那么将不能实现多点检测功能，因此减小一次阵列扫描的时间将很有必要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种解决柔性阵列压阻式传感器信号串扰与多点检测的调理电路及方法，以解决现有技术的不足。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种解决柔性阵列压阻式传感器信号串扰与多点检测的调理电路，包括行选通信
号线接口P1、列选通信号线接口P2、一组行控制线、一组列控制线、多路模拟开关U1、多路模拟开关U2、多通道单刀单掷模拟开关U3、多通道单刀单掷模拟开关U4，译码器U5、译码器U6，多路通用运算放大器U7、多路通用运算放大器U8、精密运算放大器U9、多输入或门U10、三极管Q1、滤波电路与主控芯片MCU；
[0008]行选通信号线接口P1，用于将待测的柔性阵列压阻式传感器的行引线接入；
[0009]列选通信号线接口P2，用于将待测的柔性阵列压阻式传感器的列引线接入，列选通信号线接口P2接对地参考电阻Ref；
[0010]行控制线，由MCU的一组GPIO1口控制，行控制线的另一端连着多路模拟开关U1与译码器U5，分别用于控制多路模拟开关U1进行行选通的功能，即选通柔性阵列压阻式传感器的某一行，用于控制译码器U5的输出，译码器U5的输出控制着多通道单刀单掷模拟开关U3，达到选通其它未选通所在行的目的，以便将特定的电压反馈至除选通行外所有的未选通行，达到行等电势的目的；
[0011]列控制线，由MCU的一组GPIO2口控制，列控制线的另一端连着多路模拟开关U2与译码器U6，分别用于控制多路模拟开关U2进行列选通的功能，即行选通之后再进行列选通，从而选中某一个特定的压阻单元，用于控制译码器U6的输出，译码器U6的输出控制着多通道单刀单掷模拟开关U4，达到选通其它未选通所在列的目的，以便将特定的电压反馈至除选通列外所有的未选通列，达到列等电势的目的；
[0012]多路模拟开关U1，一输入多输出，接入特定的电平，通过行控制线从多路模拟开关U1的多个输出通道中选择一个输出通道将多路模拟开关U1的输入电压输出从而选通某一行；
[0013]多路模拟开关U2，多输入一输出，当行选通时柔性阵列压阻式传感器的某一行信号线各列上的电压信号都会传输到多路模拟开关U2上，此时通过列控制线从多通道中选择一个通道作为最终的采样信号传输到后级的调理电路，通过行列扫描法便可以选择柔性阵列压阻式传感器中的任意一个压阻单元；
[0014]多通道单刀单掷模拟开关U3，用来给未选通行信号线提供特定电压，以便达到行等电势的要求；
[0015]多通道单刀单掷模拟开关U4，用来给未选通列信号线提供特定电压，以便达到列等电势的要求；
[0016]译码器U5，控制多通道单刀单掷模拟开关U3，译码器U5输出的有效电平需使得多通道单刀单掷模拟开关U3处于仅有一路开关关闭，其余开关开启的状态，以达到行等电势的目的；
[0017]译码器U6，控制多通道单刀单掷模拟开关U4，译码器U6输出的有效电平需使得多通道单刀单掷模拟开关U4处于仅有一路开关关闭，其余开关开启的状态，以达到列等电势的目的；
[0018]多路通用运算放大器U7，多路模拟开关U1的输出连接着多路通用运算放大器U7的输入同相端，输出反馈至反相端使其成为跟随器，并将多路通用运算放大器U7的输出连接至行选通信号线接口P1，起到缓冲隔离的作用；
[0019]多路通用运算放大器U8，多路模拟开关U2的输出连接着多路通用运算放大器U8的输入同相端，输出反馈至反相端使其成为跟随器，并将多路通用运算放大器U8的输出连接
至列选通信号线接口P2，起到缓冲隔离的作用；
[0020]精密运算放大器U9，对采集到的信号经过放大电路放大合适倍数，后经过滤波电路对其进行滤波，后输入MCU的ADC端口将采集到的模拟电压信号转化为数字信号，从而获知柔性压阻式传感器受到压力的情况；
[0021]三极管Q1，导通状态决定着是否给列等电势电路中的多路通用运算放大器U8供电，从而控制列等电势电路是否工作；
[0022]多输入或门U10，将各列信号线作为多输入或门U10的输入，多输入或门U10的输出电平为MCU的GPIO4的电平信号，在列等电势电路关闭的情况下，时刻监测MCU的GPIO4的电平信号，进行快速行检测，若GPIO4为低电平则代表着此时选通行中没有压阻单元受到压力，换下一行继续检测所选通行，若GPIO4为高电平则代表着此时选通行中有压阻单元受到压力；检测到选通行有压阻单元受到压力时，这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种解决柔性阵列压阻式传感器信号串扰与多点检测的调理电路，其特征在于，包括行选通信号线接口P1、列选通信号线接口P2、一组行控制线、一组列控制线、多路模拟开关U1、多路模拟开关U2、多通道单刀单掷模拟开关U3、多通道单刀单掷模拟开关U4，译码器U5、译码器U6，多路通用运算放大器U7、多路通用运算放大器U8、精密运算放大器U9、多输入或门U10、三极管Q1、滤波电路与主控芯片MCU；行选通信号线接口P1，用于将待测的柔性阵列压阻式传感器的行引线接入；列选通信号线接口P2，用于将待测的柔性阵列压阻式传感器的列引线接入，列选通信号线接口P2接对地参考电阻Ref；行控制线，由MCU的一组GPIO1口控制，行控制线的另一端连着多路模拟开关U1与译码器U5，分别用于控制多路模拟开关U1进行行选通的功能，即选通柔性阵列压阻式传感器的某一行，用于控制译码器U5的输出，译码器U5的输出控制着多通道单刀单掷模拟开关U3，达到选通其它未选通所在行的目的，以便将特定的电压反馈至除选通行外所有的未选通行，达到行等电势的目的；列控制线，由MCU的一组GPIO2口控制，列控制线的另一端连着多路模拟开关U2与译码器U6，分别用于控制多路模拟开关U2进行列选通的功能，即行选通之后再进行列选通，从而选中某一个特定的压阻单元，用于控制译码器U6的输出，译码器U6的输出控制着多通道单刀单掷模拟开关U4，达到选通其它未选通所在列的目的，以便将特定的电压反馈至除选通列外所有的未选通列，达到列等电势的目的；多路模拟开关U1，一输入多输出，接入特定的电平，通过行控制线从多路模拟开关U1的多个输出通道中选择一个输出通道将多路模拟开关U1的输入电压输出从而选通某一行；多路模拟开关U2，多输入一输出，当行选通时柔性阵列压阻式传感器的某一行信号线各列上的电压信号都会传输到多路模拟开关U2上，此时通过列控制线从多通道中选择一个通道作为最终的采样信号传输到后级的调理电路，通过行列扫描法便可以选择柔性阵列压阻式传感器中的任意一个压阻单元；多通道单刀单掷模拟开关U3，用来给未选通行信号线提供特定电压，以便达到行等电势的要求；多通道单刀单掷模拟开关U4，用来给未选通列信号线提供特定电压，以便达到列等电势的要求；译码器U5，控制多通道单刀单掷模拟开关U3，译码器U5输出的有效电平需使得多通道单刀单掷模拟开关U3处于仅有一路开关关闭，其余开关开启的状态，以达到行等电势的目的；译码器U6，控制多通道单刀单掷模拟开关U4，译码器U6输出的有效电平需使得多通道单刀单掷模拟开关U4处于仅有一路开关关闭，其余开关开启的状态，以达到列等电势的目的；多路通用运算放大器U7，多路模拟开关U1的输出连接着多路通用运算放大器U7的输入同相端，输出反馈至反相端使其成为跟随器，并将多路通用运算放大器U7的输出连接至行选通信号线接口P1，起到缓冲隔离的作用；多路通用运算放大器U8，多路模拟开关U2的输出连接着多路通用运算放大器U8的输入同相端，输出反馈至反相端使其成为跟随器，并将多路通用运算放大器U8的输出连接至列
选通信号线接口P2，起到缓冲隔离的作用；精密运算放大器U9，对采集到的信号经过放大电路放大合适倍数，后经过滤波电路对其进行滤波，后输入MCU的ADC端口将采集到的模拟电压信号转化为数字信号，从而获知柔性压阻式传感器受到压力的情况；三极管Q1，导通状态决定着是否给列等电势电路中的多路通用运算放大器U8供电，从而控制列等电势电路是否工作；多输入或门U10，将各列信号线作为多输入或门U10的输入，多输入或门U10的输出电平为MCU的GPIO4的电平信号，在列等电势电路关闭的情况下，时刻监测MCU的GPIO4的电平信号，进行快速行检测，若GPIO4为低电平则代表着此时选通行中没有压阻单元受到压力，换下一行继续检测所选通行，若GPIO4为高电平则代表着此时选通行中有压阻单元受到压力；检测到选通行有压阻单元受到压力时，这时便需要关闭快速行检测电路，开启列等电势电路消除信号串扰，然后将所需要的采样信号采集出来。2.根据权利要求1所述的解决柔性阵列压阻式传感器信号串扰与多点检测的调理电路，其特征在于，多路模拟开关U1，一输入多输出，其将传统的多路模拟开关的输出端当做输入使用，接入特定的电平。3.根据权利要求1所述的解决柔性阵列压阻式传感器信号串扰与多点检测的调理电路，其特征在于，多通道单刀单掷模拟开关U3控制信号需要与译码器U5的有效输出电平匹配，若多通道单刀单掷模拟开关U3控制引脚是高电平有效时，译码器U5的输出电平必须是低电平有效，才能达到选通某一行时，译码器U5输出对应的电平信号一低多高，这样多通道单刀单掷模拟开关U3总会只有一个通道的模拟开关关闭，而其余...

【专利技术属性】
技术研发人员：董林玺，程家根，刘超然，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
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