一种应变信号同步采集模拟前端及基准电路

1.本实用新型一种应变信号同步采集模拟前端及基准电路属于电子测量领域。


背景技术：

2.自古以来，度量衡就与人们生活和社会经济息息相关。衡器就是称重装置工具，是指一种通过作用在物体上的重力来确定该物体质量的计量器具。现代社会，电子衡器的使用已经广泛应用于我们的日常生活、贸易计算、自动称重系统和自动包装等领域。电子衡器的准确度和分辨率将直接影响科学研究中计量结果的准确性并关系到消费者的切身利益本项目的目标是研制成功一种应变信号同步采集模拟前端及基准电路，可应用于工业生产的称重领域，满足国内市场需求；本系统也可作为应变信号采集系统用于科学实验中。


技术实现要素：

3.针对上述技术问题，本实用新型公开了一种应变信号同步采集模拟前端及基准电路，mcu的运行速度可根据采样率及通道数来选配型号，还可测绝对电压，有两种模式，且两种模式可任意切换，实际应用中适用范围更广。
4.本实用新型的目的是这样实现的：
5.一种应变信号同步采集模拟前端及基准电路，由电压输入端、差动放大电路、电平平移模块、基准电路、开关选择模块和外部adc基准单元构成；
6.所述电压输入端由avdd通过滤波电容ea3耦合到agnd，通过滤波电容ca3耦合到agnd，通过一个稳压二极管接地保护电路，产生ina 和ina-信号和vmid；
7.所述差动放大电路由双运放opa2188、多个电阻和多个电容组成；aia 和aia-信号分别输入到opa2188的5脚和3脚中，opa2188的2脚串联5个相同电阻接到opa2818的1脚输出端上；6脚串联5个相同电阻接到opa2118的7脚输出端，2脚和6脚之间连接由10个相同电阻并联而成的电路，由此形成差分放大电路，使得ina 和ina-放大；
8.所述电平平移模块由双运放opa2277、多个电阻和多个电容组成；由opa2188的1脚和7脚输出，各串联五个阻值相同的电阻接入opa2277的2脚和6脚，outa 串联五个阻值相同的电阻接入opa2277的2脚形成负反馈，opa2277的7脚串联五个阻值相同的电阻接入opa2277的6脚形成负反馈，opa2277的3脚和5脚均接vcom，且vcom通过电容ca18接地；根据电路对称特性，vcom等于outa-与outa 和的一半，改变vcom的值就能够实现电平平移；vmid和vc16串联6个阻值相同的电阻，在第三和第四个电阻之中，接出一条线，得到vcom的值，由于vc16的不同，所得vcom的值也不同，即实现电平平移；
9.所述基准电路由绝对比值和相对值电路组成；所述绝对比值电路由adr03br芯片、多个电阻和多个电容组成；adr03br的2脚与avdd相连，再通过c1和e1组成的并联电路耦合接入adr03br的4脚，并接地；adr03br的6脚为输出端，接入vr23并串联6个阻值相等的电阻接地，在第二个电阻和第三个电阻之间接出vr16，在第三个电阻和第四个电阻之间接出vr12，即得到三个电压值不同的输出，输出端还同时通过c2和e2组成的并联电路耦合接
agnd；所述相对值电路由若干电阻分压构成，avdd提供电压串联12个阻值相同的电阻后接agnd，在第六和第七个电阻之间接出pm25，在第八和第九两个电阻之间接出pm16，在第九个和第十个电阻之间接出pm12，从而提供三种不同幅值的电压；
10.所述开关选择模块包括一个带有公共使能输入控制位的3路二选一模拟开关芯片74hc4053，芯片的9脚、10脚和11脚接smod，12脚接入vr25，13脚接入pm25，2脚接入vr12，1脚接入pm12，5脚接入vr16，3脚接入pm16，芯片的输出端14脚接tp25，16脚接tp12，4脚接tp16，完成电压值选择；
11.所述adc基准单元由74hc4053模拟开关芯片、双运放opa2277、多个电阻和多个电容组成；74hc4053的3脚接tp16，5脚接tp25，4脚接入opa2277b的同相输入端，opa2277b的7脚接一个100ω的电阻再接一个2kω电阻接入反相输入端，形成电压跟随器，得到vc16；74hc4053的13脚接tp12，12脚接tp25，14脚接入opa2277a的同相输入端，opa2277a的1脚接一个100ω的电阻再接一个2kω电阻接入反相输入端，形成电压跟随器，得到vref。
12.有益效果：
13.第一、本实用新型一种应变信号同步采集模拟前端及基准电路，mcu的运行速度可以根据采样率及通道数量来选配型号，还可测量绝对电压。
14.第二、本实用新型一种应变信号同步采集模拟前端及基准电路具有两种模式，且两种模式可任意切换，实际应用中适用范围更广；具体如下：
15.模式一适用直接用mcu模拟资源同步采集，如stm32g4、stm32g7，此时mcu的vref及avdd用a3v3，vcom用1v65，采样率最高；
16.模式二适用外接5v工作同步采样adc，如ti公司的ads141a02、04，此时adc供电avdd、vref用2v5，vcom为2v5，采样率较高。
附图说明
17.图1是本实用新型应变信号同步采集模拟前端及基准电路中电压输入端的电路图。
18.图2是本实用新型应变信号同步采集模拟前端及基准电路中差动放大电路的电路图。
19.图3是本实用新型应变信号同步采集模拟前端及基准电路中电平平移模块的电路图。
20.图4是本实用新型应变信号同步采集模拟前端及基准电路中基准电路的电路图。
21.图5是本实用新型应变信号同步采集模拟前端及基准电路中开关选择模块的电路图。
22.图6是本实用新型应变信号同步采集模拟前端及基准电路中外部adc基准单元的电路图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本实用新型具体实施方式作进一步详细描述。
24.本具体实施方式下的一种应变信号同步采集模拟前端及基准电路，由电压输入端、差动放大电路、电平平移模块、基准电路、开关选择模块和外部adc基准单元构成；
25.所述电压输入端如图1所示，由avdd通过滤波电容ea3耦合到agnd，通过滤波电容ca3耦合到agnd，通过一个稳压二极管接地保护电路，产生ina 和ina-信号和vmid；
26.所述差动放大电路如图2所示，由双运放opa2188、多个电阻和多个电容组成；aia 和aia-信号分别输入到opa2188的5脚和3脚中，opa2188的2脚串联5个相同电阻接到opa2818的1脚输出端上；6脚串联5个相同电阻接到opa2118的7脚输出端，2脚和6脚之间连接由10个相同电阻并联而成的电路，由此形成差分放大电路，使得ina 和ina-放大；
27.所述电平平移模块如图3所示，由双运放opa2277、多个电阻和多个电容组成；由opa2188的1脚和7脚输出，各串联五个阻值相同的电阻接入opa2277的2脚和6脚，outa 串联五个阻值相同的电阻接入opa2277的2脚形成负反馈，opa2277的7脚串联五个阻值相同的电阻接入opa2277的6脚形成负反馈，opa2277的3脚和5脚均接vcom，且vcom通过电容ca18接地；根据电路对称特性，vcom等于outa-与outa 和的一半，改变vcom的值就能够实现电平平移；vmid和vc16串联6个阻值相同的电阻，在第三和第四个电阻之中，接出一条线，得到vcom的值，由于vc16的不同，所得vcom的值也不同，即实现电平平移；
28.所述基准电路如图4所示，由绝对比值和相对值电路组成；所述绝对比值电路由adr03br芯片、多个电阻和多个电容组成；adr03br的2脚与avdd相连，再通过c1和e1组成的并联电路耦合接入adr03br的4脚，并接地；adr03br的6脚为输出端，接入vr23并串联6个阻值相等的电阻接地，在第二个电阻和第三个电阻之间接出vr16，在第三个电阻和第四个电阻之间接出vr12，即得到三个电压值不同的输出，输出端还同时通过c2和e2组成的并联电路耦合接agnd；所述相对值电路由若干电阻分压构成，avdd提供电压串联12个阻值相同的电阻后接agnd，在第六和第七个电阻之间接出pm25，在第八和第九两个电阻之间接出pm16，在第九个和第十个电阻之间接出pm12，从而提供三种不同幅值的电压；
29.所述开关选择模块如图5所示，包括一个带有公共使能输入控制位的3路二选一模拟开关芯片74hc4053，芯片的9脚、10脚和11脚接smod，12脚接入vr25，13脚接入pm25，2脚接入vr12，1脚接入pm12，5脚接入vr16，3脚接入pm16，芯片的输出端14脚接tp25，16脚接tp12，4脚接tp16，完成电压值选择；
30.所述adc基准单元如图6所示，由74hc4053模拟开关芯片、双运放opa2277、多个电阻和多个电容组成；74hc4053的3脚接tp16，5脚接tp25，4脚接入opa2277b的同相输入端，opa2277b的7脚接一个100ω的电阻再接一个2kω电阻接入反相输入端，形成电压跟随器，得到vc16；74hc4053的13脚接tp12，12脚接tp25，14脚接入opa2277a的同相输入端，opa2277a的1脚接一个100ω的电阻再接一个2kω电阻接入反相输入端，形成电压跟随器，得到vref。
31.下面给出两种模式的电路原理描述：
32.模式一、适用直接用mcu模拟资源同步采集，如stm32g4、stm32g7，此时mcu的vref及avdd用a3v3，vcom用1v65，采样率最高。
33.该模式利用mcu自带的adc对输出信号outa /outa-进行处理，由于该类adc具有较高的时钟频率，因此采样率相比其余两者最高。该类adc所需的1.65v电压vcom由vmid和vc16串联6个阻值相同的电阻，在第三和第四个电阻之中，接出一条线，得到vcom的值，由于vc16的不同，所得vcom的值也不同。3.3v电压vref及avdd将由74hc4053的4号引脚tp16提供。
34.模式二、适用外接5v工作同步采样adc，如ti公司的ads141a02、04，此时adc供电avdd、vref用2v5，vcom为2v5，采样率较高。
35.该模式利用外接adc对输出信号outa /outa-进行处理，该模式的adc从4路构造相同但相互分离的模拟前端电路获得输入信号，可实现多路应变信号测量。该类adc所需的2.5v电压vcom由vmid和vc16串联6个阻值相同的电阻，在第三和第四个电阻之中，接出一条线，得到vcom的值，由于vc16的不同，所得vcom的值也不同。2.5v电压vref及avdd将由74hc4053的14号引脚tp25提供。