一种用于桥式传感器数字化的传感器系统平台及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于桥式传感器数字化的传感器系统平台及其工作方法，包括数字化模块和微控制器模块；数字化模块用于实现桥式称重传感器的数字化；微控制器模块用于控制数字化模块的工作，并对数字化模块的输出数据进行处理。本发明专利技术可以为测量领域提供一种高精度的桥式传感器数字化解决方案，确保了桥式传感器自身技术指标的维持和优化。身技术指标的维持和优化。身技术指标的维持和优化。

【技术实现步骤摘要】
一种用于桥式传感器数字化的传感器系统平台及其工作方法


[0001]本专利技术涉及传感器领域和测量领域，是一种实现桥式称重传感器数字化的传感器系统平台及其 工作方法，具体地说，是一种集成了全桥斩波技术、全差分信号调理技术、比率测量技术和过采样 技术的低噪声、低失调、高精度的实现桥式称重传感器数字化的传感器系统平台。

技术介绍

[0002]桥式称重传感器属于模拟传感器，其输出信号是模拟信号。桥式称重传感器一般输出信号非常 微弱，且夹杂着大量噪声，难以直接使用，更不可能远距离传输。数字传感器的输出信号是数字信 号，抗干扰能力强，信号传输方便，可以在更为复杂的环境下工作。可以预见，模拟传感器的数字 化是传感器领域的学术研究热点和行业发展趋势。
[0003]数字传感器克服了模拟传感器的诸多缺点。模拟传感器的性能指标受其自身的制造、补偿等生 产工艺限制。随着计算机软件技术的发展，可以利用计算机软件完成传感器的零点校准、非线性校 准和噪声抑制等工作，使得传感器对制作工艺的依赖性大大降低，同时可以提高传感系统的性能指 标。
[0004]数字传感器的一般架构包括硬件实体和软件程序。硬件实体一般包含模拟传感器、数字化模块 和微控制器。数字化模块对传感器输出信号进行滤波放大和模数转换，输出数字信号。
[0005]数字化模块对传感器的微弱信号进行滤波和放大，将会不可避免地引入失调和失调漂移，给信 号测量带来一定误差。数字化模块的电源和传感器的电源相互独立时，电压波动将同时影响数字化 模块的模数转换输出。上述问题常见于各类桥式传感器的数字化过程。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种具备一定通用性且精度高的实现桥式传感器数字化的 传感器系统平台，可以为测量领域提供一种高精度的桥式传感器数字化解决方案。
[0007]本专利技术以桥式传感器为服务对象，设计了一种基于全桥斩波技术、全差分信号调理技术、比率 测量技术和过采样技术的传感器系统平台，确保了桥式传感器自身技术指标的维持和优化。
[0008]本专利技术还提供了上述用于桥式传感器数字化的传感器系统平台的工作方法。
[0009]术语解释：
[0010]Σ
‑
ΔADC，采用过采样结构，在非常高的采样速率下有效降低了基带(有用频带)内的量化噪 声，通过串接低通滤波器，可以有效抑制量化噪声的影响。
[0011]本专利技术的技术方案为：
[0012]一种用于桥式传感器数字化的传感器系统平台，包括数字化模块和微控制器模
块；所述数字化 模块用于：实现桥式称重传感器的数字化；所述微控制器模块用于：控制数字化模块的工作，并对 数字化模块的输出数据进行处理。
[0013]根据本专利技术优选的，数字化模块包括全桥斩波模块、全差分信号调理模块和模数转换模块；
[0014]所述全桥斩波模块用于：控制桥式称重传感器的供电，以降低传感器系统平台的失调和失调漂 移；所述全差分信号调理模块用于：抑制桥式称重传感器输出信号的高频噪声，并对输出信号进行 放大；所述模数转换模块用于：采用Σ
‑
ΔADC实现低噪声的模数转换。
[0015]根据本专利技术优选的，全差分信号调理模块包括差分低通滤波电路和差分电压放大电路，在差分 低通滤波电路后串联差分电压放大电路；
‑
3dB频率点为9.9MHz，电压增益为11V/V，传感器信号 先由差分低通滤波电路去除通带外的噪声，再通过差分电压放大电路进行电压放大。
[0016]根据本专利技术优选的，全桥斩波模块包括双刀双掷数字开关，双刀双掷数字开关的控制端均连接 微控制器模块，双刀双掷数字开关的输入端分别连接电源电压和地，双刀双掷数字开关的输出端分 别连接桥式称重传感器的供电端。
[0017]根据本专利技术优选的，模数转换模块的型号为ADS1261。
[0018]进一步优选的，微控制器模块通过GPIO的高低电平输出来控制双刀双掷数字开关的通断，且 双刀双掷数字开关中两个开关一直是一个通一个断，实现彼此交替互补，对外输出5V和
‑
5V的供 电；具体控制方法包括：
[0019]第一步，微控制器模块以GPIO控制双刀双掷数字开关，提供5V传感器供电，5V传感器供电 下的传感器输出信号，经过信号调理和模数转换后，被微控制器模块存储；
[0020]第二步，微控制器模块以GPIO控制双刀双掷数字开关，提供
‑
5V传感器供电，
‑
5V传感器供电 下的传感器输出信号经过信号调理和模数转换后，被微控制器模块存储；
[0021]第三步，将第一步和第二步获得的数据相减，再除以2，获得最终数据，该数据是去除失调且 噪声较低的数据。
[0022]进一步优选的，电源电压为5V。
[0023]根据本专利技术优选的，微控制器模块即微控制器，该微控制器的型号为STM32F103ZETT6。
[0024]进一步优选的，双刀双掷数字开关的控制端分别连接微控制器的ACX1_N端口、ACX2_N端口。
[0025]上述用于桥式传感器数字化的传感器系统平台的工作方法，包括步骤如下：
[0026]所述数字化模块实现桥式称重传感器的数字化；所述微控制器模块控制数字化模块的工作，并 对数字化模块的输出数据进行处理。
[0027]根据本专利技术优选的，所述数字化模块实现桥式称重传感器的数字化，具体实现过程包括：
[0028](1)所述全桥斩波模块控制桥式称重传感器的供电，以降低传感器系统平台的失调和失调漂 移；
[0029](2)所述全差分信号调理模块抑制桥式称重传感器输出信号的高频噪声，并对输出信号进行 放大；
[0030](3)所述模数转换模块采用Σ
‑
ΔADC实现低噪声的模数转换。
[0031]根据本专利技术优选的，所述微控制器模块控制数字化模块的工作，并对数字化模块的输出数据进 行处理，具体实现过程包括：
[0032]第一步，微控制器模块以GPIO控制双刀双掷数字开关，提供5V传感器供电，5V传感器供电 下的传感器输出信号，经过信号调理和模数转换后，被微控制器模块存储；
[0033]第二步，微控制器模块以GPIO控制双刀双掷数字开关，提供
‑
5V传感器供电，
‑
5V传感器供电 下的传感器输出信号经过信号调理和模数转换后，被微控制器模块存储；
[0034]第三步，将第一步和第二步获得的数据相减，再除以2，获得最终数据，该数据是去除失调且 噪声较低的数据。
[0035]本专利技术的有益效果为：
[0036]1、本专利技术采用比率测量技术稳定系统增益；
[0037]2、本专利技术采用全桥斩波技术抑制失调；
[0038]3、本专利技术采用全差分信号调理技术抑制共模噪声；
[0039]4、本专利技术采用过采样技术抑制量化噪声。
附图说明
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于桥式传感器数字化的传感器系统平台，其特征在于，包括数字化模块和微控制器模块；所述数字化模块用于：实现桥式称重传感器的数字化；所述微控制器模块用于：控制数字化模块的工作，并对数字化模块的输出数据进行处理。2.根据权利要求1所述的一种用于桥式传感器数字化的传感器系统平台，其特征在于，数字化模块包括全桥斩波模块、全差分信号调理模块和模数转换模块；所述全桥斩波模块用于：控制桥式称重传感器的供电，以降低传感器系统平台的失调和失调漂移；所述全差分信号调理模块用于：抑制桥式称重传感器输出信号的高频噪声，并对输出信号进行放大；所述模数转换模块用于：采用Σ
‑
ΔADC实现低噪声的模数转换。3.根据权利要求2所述的一种用于桥式传感器数字化的传感器系统平台，其特征在于，全差分信号调理模块包括差分低通滤波电路和差分电压放大电路，在差分低通滤波电路后串联差分电压放大电路；
‑
3dB频率点为9.9MHz，电压增益为11V/V，传感器信号先由差分低通滤波电路去除通带外的噪声，再通过差分电压放大电路进行电压放大。4.根据权利要求2所述的一种用于桥式传感器数字化的传感器系统平台，其特征在于，全桥斩波模块包括双刀双掷数字开关，双刀双掷数字开关的控制端均连接微控制器模块，双刀双掷数字开关的输入端分别连接电源电压和地，双刀双掷数字开关的输出端分别连接桥式称重传感器的供电端。5.根据权利要求2所述的一种用于桥式传感器数字化的传感器系统平台，其特征在于，模数转换模块的型号为ADS1261。6.根据权利要求4所述的一种用于桥式传感器数字化的传感器系统平台，其特征在于，微控制器模块通过GPIO的高低电平输出来控制双刀双掷数字开关的通断，且双刀双掷数字开关中两个开关一直是一个通一个断，实现彼此交替互补，对外输出5V和
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涤，张士强，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：