一种精密多通道自校准恒流驱动电路的制作方法

1.本技术涉及恒流驱动电路领域，尤其是涉及一种精密多通道自校准恒流驱动电路。


背景技术：

2.光密度测量是一种常见的测量需求，光密度检测装置由光源和光敏元件构成，其中光源的发光强度与工作电流有着很强的正相关性，因此通常需要恒流源电路进行驱动。最常用的恒流源电路有两个三极管或运放组成的相互钳位恒流电路。
3.多通道测量时，为了尽可能利用光敏元件的动态范围，达到尽可能大的测量范围、提高测量精度，要求对每个检测通道的光源的电流进行事先校准，以使得在空载状况下光敏元件输出值大体相等。此时，各通道所需的电流不同，就必须设定不同的取样电阻阻值。由于阻值可能取任何值，因此只能使用可变电阻，体积大，且需要人工逐一校准，费时费力。
4.针对上述中的相关技术，发明人认为多通道电路在应用上存在需要频繁人工校准的问题。


技术实现要素：

5.为了满足多通道电路使用方便的要求，本技术提供一种精密多通道自校准恒流驱动电路。
6.本技术提供一种精密多通道自校准恒流驱动电路，采用如下的技术方案：
7.一种精密多通道自校准恒流驱动电路，单片机；
8.输出模块，所述输出模块包括电流控制端和电流放大端；所述电流控制端与所述单片机连接，接收来自所述单片机的dac控制电流，所述电流放大端输出经dac控制电流放大的放大电流；
9.发光模块，所述发光模块包括若干发光元件，所述若干发光元件并联连接，所述发光元件用于与所述输出模块连接；
10.多通道模块，所述多通道模块包括开关控制端和多路的复用开关，所述开关控制端与所述单片机连接，所述多通道模块接收单片机的控制信号；多路所述复用开关分别与所述发光元件连接，可控制所述发光元件并联支路的通断；
11.光敏反馈模块，所述光敏元件接收发光模块发光强度并转化为电压反馈信号，所述光敏元件与所述单片机连接，所述光敏元件可将输出的电压反馈信号反馈至所述单片机；
12.电流取样放大模块，包括取样输入端和放大输出端；所述取样输入端连接于所述输出模块与所述发光模块之间，用于获取对应放大电流的采样电压；所述放大输出端连接单片机，所述电流取样放大模块(6)将采样电压放大预设倍数后生成放大电压由所述放大输出端输出至所述单片机。
13.通过采用上述技术方案，输出模块接受来自单片机dac的电流，输出放大电流，使
用多路的复用开关，每次只导通一个发光元件，使这个发光元件发光。光敏元件输出此时的电压信号给单片机的adc端口，单片机根据光敏元件输出的电压值，调整dac的输出，直至该通道光敏元件输出电压符合要求。这时，通过电流取样放大电路，单片机记录下此时通道的电流值以及此时的dac输出值。对每个通道重复以上的过程，直至所有的通道都被校准，单片机记录下每个通道的电流值和dac值。
14.正式测量时，每次使一个发光元件发光，单片机以记录的值做dac输出，同时通过电流取样放大电路测定此时的电流值。若电流值与记录值有差别，则根据差别调整dac的输出，直至电流值与记录值相等。此后，通过光敏元件读取此时的光强，与校准时的光强一起计算光密度。
15.本方案不需要用阻值来调整每个通道的电流，通过单片机dac输出-单片机adc输入的反馈进行自动校准，免去了人工手动校准的麻烦。利用单片机的存储和处理能力对每个通道进行单独测量。电流取样放大电路只需要一个，就能应对所有的通道，十分节省元件，可以大大缩小体积、节省成本和功耗。其恒流精度取决于单片机的dac输出量化精度，目前很多单片机已可做到10-12位dac输出，则恒流精度可以做到0.1%以下，已经不输于运放精密恒流电路了。满足了多通道电路使用方便的要求。
16.可选的，所述输出模块为放大三极管，所述放大三极管为pnp型三极管，所述放大三极管的基极构成所述电流控制端；所述放大三极管的发射极用于与电源vcc连接，所述放大三极管的集电极构成所述电流放大端。
17.可选的，所述输出模块为放大三极管，所述放大三极管为适用于电流较大或发光元件所需电压较高时的npn型三极管，所述放大三极管的基极构成所述电流控制端；所述放大三极管的发射极接地，所述放大三极管的集电极构成所述电流放大端。
18.可选的，所述发光元件与多路的所述复用开关之间连接有用于导通所述发光元件的n-mosfet。
19.可选的，所述多通道模块为pcf8575rger 16路复用开关芯片。
20.可选的，所述电流取样放大模块包括取样模块和放大模块；所述取样模块连接于所述输出模块和所述发光模块之间用于获取采样电压；所述取样模块和所述放大模块连接，所述取样模块接收所述取样模块输出的采样电压；所述放大模块基于输入的采样电压输出放大电压至所述单片机。
21.可选的，所述取样模块包括电流取样电阻r2，所述电流取样电阻r2一端与所述放大三极管集电极相连，另一端与所述发光模块连接。
22.可选的，所述放大模块包括运算放大器、限制电阻r3、限制电阻r4、限制电阻r5、限制电阻r6和去耦电容c1，所述运算放大器同相输入端分别连接于所述限制电阻r4的一端和所述限制电阻r6的一端；所述限制电阻r4的另一端连接所述电流取样电阻r2的电流输入端；所述限制电阻r6的另一端接地；所述运算放大器反相输入端分别连接于所述限制电阻r5的一端和所述限制电阻r3的一端；所述限制电阻r3的另一端连接所述电流取样电阻r2的电流输出端；所述限制电阻r5的另一端连接所述运算放大器的输出端；所述运算放大器正电源端连接所述电源vcc；所述电源vcc连接所述去耦电容c1的一端；所述去耦电容c1的另一端接地；所述运算放大器输出端连接所述单片机，所述放大模块将采样电压放大预设倍数后生成放大电压由所述运算放大器输出端输出至所述单片机。
23.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
24.（1）本方案电路不需要用阻值来调整每个通道的电流，通过单片机dac输出-单片机adc输入的反馈进行自动校准，免去了人工手动校准的麻烦。
25.（2）利用单片机的存储和处理能力对每个通道进行单独测量。电流取样放大电路只需要一个，就能应对所有的通道，十分节省元件，可以大大缩小体积、节省成本和功耗。
26.（3）电路的恒流精度取决于单片机的dac输出量化精度，目前很多单片机已可做到10-12位dac输出，则恒流精度可以做到0.1%以下，已经不输于运放精密恒流电路。
附图说明
27.图1为本实施例一中一种精密多通道自校准恒流驱动电路的模块示意图。
28.图2为本实施例一中放大三极管为pnp型三极管的电路示意图。
29.图3为本实施例二中放大三极管为npn型三极管的电路示意图。
30.附图标记：1、单片机；2、输出模块；3、发光模块；4、多通道模块；5、光敏反馈模块；6、电流取样放大模块；61、取样模块；62、放大模块。
具体实施方式
31.以下结合附图对本技术作进一步详细说明。
32.本技术实施例公开一种精密多通道自校准恒流驱动电路。
33.实施例1。
34.参照附图1所示，包括单片机1、输出模块2、发光模块3、多通道模块4、光敏反馈模块5和电流取样放大模块6。
35.输出模块2连接单片机1，输出模块2接受来自单片机1的控制电流输出放大电流，发光模块3与输出模块2连接，多通道模块4与单片机1连接，接受单片机1的控制信号，多通道模块4还与发光模块3连接，可控制发光模块3的通断。光敏反馈模块5与单片机1连接，反馈接收到的电压值。电流取样放大模块6，连接于输出模块2与发光模块3之间，电流取样放大模块6还与单片机1连接，单片机1可通过电流取样放大模块6记录采样放大的电流值，以及此时的dac输出值。
36.其中输出模块2包括电流控制端和电流放大端，电流控制端与单片机1连接，接受来自单片机1的dac的控制电流，电流放大端输出经dac控制电流放大的放大电流。
37.发光模块3包括若干发光元件，若干发光元件并联连接，发光元件与输出模块2连接。
38.多通道模块4包括开关控制端和多路的复用开关，开关控制端与单片机1连接，多通道模块4接收单片机1的控制信号。多路的复用开关分别与发光元件连接，可控制发光元件并联支路的通断；
39.光敏反馈模块5与所述单片机1连接，光敏元件接收发光模块3发光强度并转化为电压反馈信号，所述光敏元件可将输出的电压反馈信号反馈至单片机1。
40.电流取样放大模块6；包括取样输入端和放大输出端；取样输入端连接于输出模块2与发光模块3之间，用于获取对应放大电流的采样电压；放大输出端连接单片机1，电流取样放大模块6将采样电压放大预设倍数后生成放大电压由放大输出端输出至单片机1。
41.具体的，参照附图2所示，vcc为3.3v,与半导体发光元件的正向电压比较接近，使r2不需要很大，减少发热量。单片机1dac输出为10位，输出模块2包括电源vcc和放大三极管，放大三极管是pnp型三极管，放大三极管的基极与单片机1连接构成电流控制端，接受来自单片机1的dac的控制电流，单片机1与发光三极管的基极之间连接有转换电阻r1，使单片机1输出控制电流，电源vcc连接放大三极管的发射极，放大三极管的集电极构成电流放大端，输出经dac控制电流放大的放大电流。
42.参照附图2所示，发光模块3包括若干发光元件，发光元件为激光二极管，每个发光二极管之间并联连接，激光二极管与放大三极管的集电极连接，当电流通过，激光二极管可以进行发光，激光二极管的数量与多通道模块4的通道一一对应。
43.参照附图2所示，多通道模块4为pcf8575rger 16路复用开关芯片，pcf8575rger 16路复用开关芯片设置16路通道，每路通道上均与对应的激光二极管连接，pcf8575rger 16路复用开关芯片可以控制激光二极管的通断。pcf8575rger 16路复用开关芯片与单片机1连接，可接受单片机1的控制信号。
44.参照附图2所示，光敏元件为bh1680，bh1680作为光强传感器设置在pcf8575rger 16路复用开关芯片的每个通道上，光强传感器可以将被测光强信号转换为电流信号再转化为可以处理的电压值，最后将可处理的电压值输送给单片机1的adc端口。
45.参照附图2所示，电流取样放大模块6包括取样模块61和放大模块62。取样模块61连接于输出模块2和发光模块3之间用于获取采样电压连接取样模块61和放大模块62连接，取样模块61接收取样模块61输出的采样电压；放大模块62基于输入的采样电压输出放大电压至单片机1。
46.参照附图2所示，取样模块61包括阻值为电流取样电阻r2，电流取样电阻r2一端与放大三极管集电极相连，另一端与激光二极管的输入端连接。放大模块62包括运算放大器、限制电阻r5、限制电阻r3、限制电阻r6、限制电阻r4和去耦电容c1。运算放大器同相输入端分别连接于限制电阻r4的一端、限制电阻r6的一端，限制电阻r4的另一端连接电流取样电阻r2的电流输入端。限制电阻r6的另一端接地。运算放大器反相输入端分别连接于限制电阻r5的一端和限制电阻r3的一端。限制电阻r3的另一端连接电流取样电阻r2的电流输出端；限制电阻r5的另一端连接运算放大器的输出端。运算放大器正电源端连接电源vcc。电源vcc连接去耦电容c1的一端。去耦电容c1的另一端接地。运算放大器输出端通过vc端输出给单片机1的adc，放大模块62将采样电压放大预设倍数后生成放大电压由运算放大器输出端输出至单片机1。
47.本技术实施例1的实施原理为：电源vcc利用单片机1的dac通过放大三级管输出放大电流，通过pcf8575rger 16路复用开关芯片的控制，每次只导通一个通道，使这个通道上的激光二极管发光。这时设置于该通道上的bh1680光强传感器将被测光强信号转换为电流信号再转化为可以处理的电压值并输送给单片机1的adc端口。单片机1根据bh1680输出的电压数值，调整dac的输出，直至该通道bh1680输出电压数值符合要求。此时，通过电流取样放大电路，单片机1记录下此时该通道的电流值，以及此时的dac输出值。对每个通道重复以上的过程，直至所有通道都被校准，单片机1记录下每个通道的电流值和dac值。正式测量时，每次导通一个通道，单片机1以记录的值做dac输出，同时通过电流取样放大电路测定此时的电流值。若电流值与记录值有差别，则根据差别调整dac的输出，直至电流值与记录值
相等。此后，通过光敏元件读取此时的光强，与校准时的光强一起计算光密度。
48.实施例2。
49.参照附图3所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，vcc=8v,放大三极管是npn型三极管，放大三极管的基极构成电流控制端，放大三极管的发射极接地，放大三极管的集电极构成电流放大端。发光模块3还包括可以放大电流，防止激光二极管因为多通道开关能通过的电流太小而发光强度较弱，达不到要求的若干n-mosfet，pcf8575rger 16路复用开关芯片的每个通道由n-mosfet控制激光二极管导通，每个激光二极管输入端与vcc连接，每个n-mosfet漏极与每个对用的激光二极管输出端连接，每个n-mosfet源极与电流取样电阻r2连接，每个n-mosfet栅极与pcf8575rger 16路复用开关芯片的每个通道连接，为增强电路的可靠性n-mosfet栅极与pcf8575rger 16路复用开关芯片的每个通道连接处还并联有下拉电阻r7，下拉电阻r7另一端接地。
50.实施例2的实施原理为：当激光二极管需要更高电压驱动时，vcc选用更高的电压8v，而npn型三极管适用于电流较大或激光二极管所需电压较高的情况，且每个通道由n-mosfet控制激光二极管的导通可以使某些需要更高电压驱动的激光二极管通过电流不受pcf8575rger 16路复用开关芯片的最大电流限制。
51.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。