藥品灌裝線動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)模擬低通濾波電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是基于藥品灌裝線實(shí)時(shí)稱重系統(tǒng)的底層硬件電路模擬低通濾波電路。系統(tǒng)前端采集通道模擬信號(hào)電路采用兩級(jí)放大架構(gòu)，MAX293濾波器置于兩次放大之間，用于提取藥品的稱重信號(hào)，經(jīng)過第二次放大后模擬信號(hào)就被轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)5V模擬信號(hào)，最后信號(hào)輸入16位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)。MAX293不僅是模擬電路的核心也是整個(gè)底層模塊的核心，它的核心任務(wù)是濾除藥品灌裝線的強(qiáng)迫振動(dòng)干擾。MAX293可選用兩種方式提供濾波時(shí)鐘頻率，一種是直接在CLK引腳上接電容，與內(nèi)部的電阻形成RC振蕩電路，向MAX293輸入三角波；另一種是由外部邏輯器件提供方波信號(hào)。本模擬電路采用單片機(jī)提供方波信號(hào)的方式提供濾波始終信號(hào)。模擬電路的二級(jí)放大器選用MAX4486，其內(nèi)部有運(yùn)放A和運(yùn)放B兩個(gè)運(yùn)算放大器，運(yùn)放A組成的放大器作為模擬電路的二級(jí)放大器。
【專利說明】藥品灌裝線動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)模擬低通濾波電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模擬低通濾波電路，具體涉及一種適用于藥品灌裝線實(shí)時(shí)稱重系統(tǒng)的底層硬件模擬低通濾波電路。

【背景技術(shù)】
[0002]藥品計(jì)量包裝是藥品生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。藥品稱量包裝的準(zhǔn)確與否不單影響到企業(yè)的信譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益，更關(guān)系到服用者的生命安全。制藥行業(yè)一般采用事后人工抽檢的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)灌裝量的控制，這既不能保證每瓶藥劑計(jì)量的準(zhǔn)確性，也有礙于藥企的生產(chǎn)效率。目前，藥品主要可分為顆粒狀、液態(tài)和粉末狀3種形態(tài)，其中粉末狀藥品由于其極小的形態(tài)極易在灌線上受到外部的擾動(dòng)而造成灌裝量的偏差。但是，國內(nèi)在粉末狀藥品灌裝線動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的研宄還處于起步階段，沒有一套可實(shí)用的系統(tǒng)。該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)有助于在源頭掌控粉末狀藥品的質(zhì)量，對(duì)提高藥企的生產(chǎn)效率和保證患者的健康都具有重要意義。藥品灌裝線動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)包含1臺(tái)作為人機(jī)界面及數(shù)據(jù)處理的上位機(jī)和底層硬件系統(tǒng)，底層硬件系統(tǒng)由1套主機(jī)板和8套前端模塊組成。著重介紹底層硬件系統(tǒng)，用于采集稱重傳感器感應(yīng)到的電壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳給上位機(jī)做進(jìn)一步數(shù)字濾波處理。由于稱重傳感器感受到的電壓信號(hào)只有幾毫伏，極易受到外部環(huán)境的干擾，底層硬件系統(tǒng)中的前端模塊就需對(duì)傳感器的原始信號(hào)進(jìn)行模擬信號(hào)濾波處理，以期達(dá)到濾除夾雜在信號(hào)中的高頻干擾、共模干擾和灌裝線的振動(dòng)干擾等噪聲，提取出較為潔凈的傳感器信號(hào)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)藥品灌裝在線稱重系統(tǒng)的底層硬件模擬低通濾波電路設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)濾波目的，前端采集通道模擬信號(hào)電路采用兩級(jí)放大架構(gòu)，1^X293濾波器置于兩次放大之間，用于提取藥品的稱重信號(hào)，經(jīng)過第二次放大后模擬信號(hào)就被轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)〖V模擬信號(hào)，最后信號(hào)輸入16位八/0轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)。二級(jí)放大還可以避免將無用的噪音放大到〖V而做無用功，一級(jí)放大器將稱重信號(hào)放大到1/1X293的觸發(fā)電壓，二級(jí)放大用以提高信號(hào)增益和濾除嫩乂293振蕩波，并且增加模擬信號(hào)帶負(fù)載的能力。采用該種設(shè)計(jì)方案來處理稱重信號(hào)的優(yōu)點(diǎn):電路功耗小，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單。
[0004]1/1X293不僅是模擬電路的核心也是整個(gè)底層模塊的核心，它的核心任務(wù)是濾除藥品灌裝線的強(qiáng)迫振動(dòng)干擾。嫩乂293為八階橢圓形切比雪夫?yàn)V波器，具有陡峭的上升沿，使其幅頻特性曲線更加接近于矩形，極其適合于快速稱重；但是通帶內(nèi)有較強(qiáng)的波動(dòng)量，且上升沿時(shí)間越短，波動(dòng)量越大，即階躍響應(yīng)的過沖越大，不利于減少穩(wěn)定時(shí)間。
[0005]1^X293可選用兩種方式提供濾波時(shí)鐘頻率，一種是直接在0^引腳上接電容，與內(nèi)部的電阻形成％振蕩電路，向嫩乂293輸入三角波；另一種是由外部邏輯器件提供方波信號(hào)。本模擬電路采用單片機(jī)提供方波信號(hào)的方式提供濾波始終信號(hào)。
[0006]模擬電路的二級(jí)放大器選用嫩乂4486，其內(nèi)部有運(yùn)放八和運(yùn)放8兩個(gè)運(yùn)算放大器，運(yùn)放八組成的放大器作為模擬電路的二級(jí)放大器。模擬電路的二級(jí)放大器不單要將信號(hào)做二次放大處理，濾除1/1X293階躍響應(yīng)通帶的振動(dòng)量，而且不能放大加載在模擬放大器上的偏置電壓。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為前端采集通道數(shù)字電路架構(gòu)；
圖2為前端采集通道模擬電路架構(gòu)；
圖3為模擬放大器I嫩128模擬電路圖；
圖4為83-485接口電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0008]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0009]圖1為前端采集通道數(shù)字電路架構(gòu)，前端采集通道的數(shù)字電路包括485通信電路和微處理器兩部分。前端采集子模塊的485通信電路與通訊子模塊類似，需要與高速光耦連接6附37連接后再與單片機(jī)相連。但是前端采集子模塊的微處理被賦予更多的使命，器除了通信控制外，還要對(duì)采集的數(shù)據(jù)均值濾波、設(shè)定1/1X293的濾波截止頻率和控制仙轉(zhuǎn)化器的開關(guān)。八路前端采集通道都設(shè)計(jì)有未處理芯片，一方面是為了提供通道的工作效率，另一方面可以有效阻隔串?dāng)_。當(dāng)兩路以上前端采集通道同時(shí)工作時(shí)，單片機(jī)將同時(shí)向嫩父293輸入高頻濾波截止頻率，假如通道與通道間在電源線路上存在耦合線路，將會(huì)發(fā)生信號(hào)的混淆，對(duì)模擬信號(hào)電路的輸出產(chǎn)生極大的影響，采集到的模擬信號(hào)呈現(xiàn)頻率固定的振蕩波形。因此，每一路通道都設(shè)計(jì)有單片機(jī)和隔離電源模塊，實(shí)現(xiàn)通道的獨(dú)立工作，從物理線路上切斷耦合途徑。模擬信號(hào)電路采集藥品質(zhì)量信號(hào)的同時(shí)還采集到其他高頻雜散信號(hào)，1/1X293的作用是濾除灌裝線的低頻強(qiáng)迫振動(dòng)干擾，為了濾除高頻雜散干擾本系統(tǒng)采用1024組數(shù)據(jù)均值濾波處理的方式，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)該方案有效實(shí)現(xiàn)了濾除雜散信號(hào)干擾的效果。
[0010]圖2為前端采集通道模擬電路架構(gòu)，前端采集通道模擬信號(hào)電路采用兩級(jí)放大架構(gòu)。由于嫩乂293的輸出存在嚴(yán)重的超調(diào)和振蕩，如果采用一次放大的方法，將造成嫩乂293輸出的振蕩周期變長和振幅變大，延長信號(hào)采集子模塊的建立時(shí)間和影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以減少系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間，前端采集模塊采用兩級(jí)放大架構(gòu)。
[0011]嫩乂293濾波器置于兩次放大之間，用于提取藥品的稱重信號(hào)，經(jīng)過第二次放大后模擬信號(hào)就被轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)〖V模擬信號(hào)，最后信號(hào)輸入16位八/0轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)。二級(jí)放大還可以避免將無用的噪音放大到訊而做無用功，一級(jí)放大器將稱重信號(hào)放大到1/1X293的觸發(fā)電壓，二級(jí)放大用以提高信號(hào)增益和濾除1/1X293振蕩波，并且增加模擬信號(hào)帶負(fù)載的能力。
[0012]圖3為模擬放大器I嫩128模擬電路圖，前端模塊的模擬電路輸出電壓只有幾毫伏，因此模擬電路的總放大倍數(shù)設(shè)定為990倍，其中第一級(jí)放大器I嫩128的放大倍數(shù)為330倍。圖中和財(cái)組成射頻干擾濾波器，不但可以有效濾除外部射頻干擾，而且因?yàn)椤拓?cái)?shù)拇嬖谧韪袅朔糯笃骱头Q重傳感器，增加了放大器的過載保護(hù)能力。I嫩128擁有不低于120(18的共模抑制比，為了不影響放大器的共模一直能力，⑶/…和⑶/財(cái)在數(shù)值、規(guī)格、位置和布線上都嚴(yán)格對(duì)稱。電容07跨接在放大器的正負(fù)輸入端，與⑶和⑶電容并聯(lián)相接，07可以有效的減?、呛廷窃斐傻牟黄ヅ湔`差，一般07的電容值是⑶或⑶的十倍，那么就能夠?qū)ⅱ呛廷堑牟黄ヅ湔`差減小二十倍。
[0013]08/^3,09/1^4和07組成的濾波網(wǎng)絡(luò)用于濾除放大器輸入端的差模射頻干擾，即放大器正負(fù)輸入端之間的干擾。
[0014]08/1^3或⑶/財(cái)組成的濾波電路用于濾除放大器輸入端的共模射頻干擾，即放大器正輸入端或負(fù)輸入端相對(duì)于地的干擾。
[0015]稱重傳感器的輸出電阻為350 0左右，根據(jù)阻抗匹配原則，…和財(cái)?shù)淖柚翟O(shè)定為11(0，選?、呛廷堑娜葜禐?000^47的容值為0.01 由公式可得模擬電路前端濾波網(wǎng)絡(luò)的差模濾波截止頻率為7571.4取，共模濾波截止頻率為15抓取。
[0016]稱重傳感器單位階躍響應(yīng)的過度時(shí)間為101118，建立時(shí)間超過1001118。I嫩128的壓擺率為必丨8,增益為1000倍時(shí)的建立時(shí)間為80 V 8，所以I嫩128可以在響應(yīng)速率上完全滿足系統(tǒng)要求。
[0017]I嫩128的最大零點(diǎn)漂移為± 125 V V，即當(dāng)正負(fù)輸入端都接地時(shí)，輸出端的電壓為土 125 V V。如果稱重傳感器輸入過小，而零點(diǎn)漂移又為負(fù)值時(shí)，可能使模擬電路的輸出為負(fù)值。因此需要在I嫩128的參考端(即?)輸入偏置電壓，補(bǔ)償I嫩128可能為負(fù)值的零點(diǎn)漂移電壓，本系統(tǒng)中的偏置電壓電路由1^X4486的8運(yùn)放組成的電壓跟隨器提供，電壓為IV。
[0018]如圖4所示為1^-485接口電路圖，1/1X293的輸出信號(hào)輸入由狀、四、810和運(yùn)放八組成的同向放大電路，放大倍數(shù)為三倍。運(yùn)放4的負(fù)輸入端接I嫩128的偏置電壓，即可避免將偏置電壓也放大三倍。電容037跨接在運(yùn)放八的負(fù)輸入和輸出之間，可視為和四、尺10、運(yùn)放纟組成一階低通有源濾波器，其濾波截止頻率公式:。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明涉及一種模擬低通濾波電路，具體涉及一種適合于藥品灌裝線實(shí)時(shí)稱重系統(tǒng)的底層硬件模擬低通濾波電路。
2.前端采集通道模擬信號(hào)電路采用兩級(jí)放大架構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的模擬低通濾波電路，其特征在于:MAX293濾波器置于兩次放大之間。
4.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的模擬低通濾波電路，其特征在于:一級(jí)放大器將稱重信號(hào)放大到MAX293的觸發(fā)電壓，二級(jí)放大用以提高信號(hào)增益和濾除MAX293振蕩波，并且增加模擬信號(hào)帶負(fù)載的能力。
5.如權(quán)利要求1所述的模擬低通濾波電路，其特征在于:采用單片機(jī)提供方波信號(hào)的方式提供濾波時(shí)鐘信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1所述的模擬低通濾波電路，其特征在于:設(shè)計(jì)光電耦合器用于抬高單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)電壓。
7.如權(quán)利要求1所述的模擬低通濾波電路，其特征在于:采用二級(jí)放大器MAX4486，內(nèi)部運(yùn)放A組成的放大器作為模擬電路的二級(jí)放大器。
【文檔編號(hào)】G01G17/04GK104501925SQ201410157759
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】黃劼, 李俊國, 于少航, 郭銳 申請(qǐng)人:四川大學(xué)