本發(fā)明涉及信號采集技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電橋式壓力傳感器輸出信號采集裝置及方法。

背景技術(shù)：

電橋式壓力傳感器由于其電壓信號的穩(wěn)定性被廣泛應(yīng)用于壓力傳感器的設(shè)計當(dāng)中，但由于該種方式輸出的電壓信號為幾毫伏甚至零點(diǎn)幾毫伏的微弱信號，想要精確采集該種信號有很大的難度?，F(xiàn)有的采集系統(tǒng)一般由前端放大電路、以及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，往往只能采集輸出信號的變化趨勢，但采集精度和線性度都相對較差，且信號容易受周圍環(huán)境噪聲的干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種電橋式壓力傳感器輸出信號采集裝置及方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)信號采集裝置采集精度低、線性度差、環(huán)境抗干擾能力差的技術(shù)問題。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種電橋式壓力傳感器輸出信號采集裝置，包括依次連接的低通濾波模塊、差分放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊及微處理器；還包括分別與所述的低通濾波模塊、差分放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊及微處理器連接的電源模塊；

所述低通濾波模塊用于對所述電橋式壓力傳感器輸出的差分信號進(jìn)行低通濾波處理，濾波后的差分信號輸入到差分放大模塊的差分輸入端；

所述差分放大模塊對輸入的差分信號進(jìn)行放大處理后，將放大后的信號輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對輸入的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號發(fā)送給微處理器；

所述微處理器對所接收到的數(shù)字信號進(jìn)行均值濾波處理后，除以差分放大模塊的放大倍數(shù)得到電橋式壓力傳感器輸出信號的原始數(shù)值；

所述電源模塊為上述各模塊提供所需的電源電壓。

進(jìn)一步，所述低通濾波模塊成對設(shè)置，個數(shù)為2N；相對應(yīng)地，所述差分放大模塊個數(shù)為N；其中N為自然數(shù)，取值范圍為1～4。

進(jìn)一步，所述低通濾波模塊包括第一OPA301、第二OPA301、4個電阻R1～R4及8個電容C1～C8；

所述第一OPA301的1腳與4腳直接相接，2腳接地，3腳順次連接電阻R2、R1作為輸入端，3腳還通過電容C7接地，電容C1的一端與所述第一OPA301的1腳連接，電容C1的另一端連接在電阻R1、R2之間，4腳通過順次連接的R3、R4與所述第二OPA301的3腳連接；

所述第二OPA301的1腳與4腳直接相接作為輸出端，2腳接地，3腳還通過電容C8接地，電容C2的一端與所述第二OPA301的1腳連接，電容C2的另一端接在電阻R3、R4之間；

所述第一OPA301的5腳接+5V電源，在第一OPA301的+5V電源與地之間并聯(lián)電容C3、C4；所述第二OPA301的5腳接+5V電源，在第二OPA301的+5V電源與地之間并聯(lián)電容C5、C6。

進(jìn)一步，所述差分放大模塊采用二級放大，每級放大倍數(shù)為10倍。

進(jìn)一步，所述差分放大模塊包括第一INA333、第二INA333、4個電阻R5～R8及5個電容C9～C13；

第一INA333的1腳和8腳之間連接電阻R7，2腳連接電阻R5后作為第一級放大的負(fù)差分輸入端，3腳連接電阻R6后作為第一級放大的正差分輸入端，2腳和3腳之間連接電容C9，4腳通過電容C12接地，5腳直接接地，6腳作為第一級放大的輸出端與第二級放大的輸入端連接，7腳通過電容C10接地；

第二INA333的1腳和8腳間連接電阻R8，2腳接地，3腳作為第二級放大的輸入端，4腳通過電容C13接地，5腳直接接地，6腳作為差分放大模塊的第二級放大的輸出端，7腳通過電容C11接地；

第一INA333的7腳、第二INA333的7腳均接+2.5V電源，所述第一INA333的4腳、第二INA333的4腳均接-2.5V電源。

進(jìn)一步，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊包括芯片ADS1254E、12個電阻R9～R20及22個電容C14～C35；

所述芯片ADS1254E的1～6、19～20腳分別作為四對正負(fù)輸入引腳IN1+、IN1-、IN2+、IN2-、IN3+、IN3-、IN4+、IN4-，7腳通過電容C34接地，同時7腳接+5V電壓；9腳通過電容C35接地，同時9腳接+3.3V電壓，12腳接地；17腳接地；多路輸入信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后在芯片ADS1254E的14腳控制下，由芯片ADS1254E的13腳輸出至微處理器；

電阻R9的一端接第一路差分放大模塊的輸出端，另一端接IN1+，IN1+通過并聯(lián)電容C14、C15接地；電阻R10一端接地，另一端接IN1-，IN1-通過并聯(lián)電容C16、C17接地；在IN1+、IN1-間并聯(lián)有電容C18、電阻R11；

電阻R12的一端接第二路差分放大模塊的輸出端，另一端接IN2+，IN2+通過并聯(lián)電容C19、C20接地；電阻R13一端接地，另一端接IN2-，IN2-通過并聯(lián)電容C21、C22接地；在IN2+、IN2-間并聯(lián)有電容C23、電阻R14；

電阻R15的一端接第三路差分放大模塊的輸出端，另一端接IN3+，IN3+通過并聯(lián)電容C24、C25接地；電阻R16一端接地，另一端接IN2-，IN3-通過并聯(lián)電容C26、C27接地；在IN3+、IN3-間并聯(lián)有電容C28、電阻R17；

電阻R18的一端接第四路差分放大模塊的輸出端，另一端接IN4+，IN4+通過并聯(lián)電容C29、C30接地；電阻R19一端接地，另一端接IN4-，IN4-通過并聯(lián)電容C31、C32接地；在IN2+、IN2-間并聯(lián)有電容C33、電阻R20。

應(yīng)用上述采集裝置的采集方法，包括以下步驟：

(1)采用所述的低通濾波模塊對電橋式壓力傳感器輸出的差分信號進(jìn)行低通濾波處理，濾除40Hz以上的干擾信號，并將濾波后的差分信號傳輸給差分放大模塊；

(2)所述的差分放大模塊對濾波后的差分信號進(jìn)行二級線性放大，每級放大倍數(shù)為10，所述的差分放大模塊將放大100倍后的信號傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；

(3)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對放大100倍后的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并通過SPI總線將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號發(fā)送給微處理器；

(4)所述的微處理器對得到的數(shù)字信號進(jìn)行均值濾波處理后，除以放大的倍數(shù)100，得到電橋式壓力傳感器輸出信號的原始數(shù)值。

本發(fā)明有益效果如下：

電橋式壓力傳感器輸出信號采集裝置及其方法，用于電橋式壓力傳感器輸出信號的準(zhǔn)確采集，與現(xiàn)有技術(shù)相比，

1、采集精度高，可達(dá)0.1％；

2、線性度高，可達(dá)0.1％；

3、可有效抑制40Hz以上的干擾。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例低通濾波模塊示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例差分放大模塊示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請一部分，并與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。

本實(shí)施例所示采集裝置可對四路電橋式壓力傳感器輸出的差分信號進(jìn)行準(zhǔn)確采集，如圖1所示，包括電源模塊、低通濾波模塊1+、低通濾波模塊1-、低通濾波模塊2+、低通濾波模塊2-、低通濾波模塊3+、低通濾波模塊3-、低通濾波模塊4+、低通濾波模塊4-、差分放大模塊1、差分放大模塊2、差分放大模塊3、差分放大模塊4、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊以及微處理器。

四路電橋式壓力傳感器輸出的四對差分信號分別輸入至四對低通濾波模塊的輸入端；低通濾波模塊1+、低通濾波模塊1-的信號輸出端分別與差分放大模塊1的正、負(fù)差分輸入端連接，低通濾波模塊2+和低通濾波模塊2-的信號輸出端與差分放大模塊2的正、負(fù)差分輸入端連接，低通濾波模塊3+和低通濾波模塊3-的信號輸出端與差分放大模塊3的正、負(fù)差分輸入端連接；低通濾波模塊4+和低通濾波模塊4-的信號輸出端與差分放大模塊4的正、負(fù)差分輸入端連接。

差分放大模塊1、差分放大模塊2、差分放大模塊3、差分放大模塊4的信號輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端連接；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出端通過SPI(串行外設(shè)接口Serial Peripheral Interface)總線與微處理器連接。

電源模塊與低通濾波模塊1+、低通濾波模塊1-、低通濾波模塊2+、低通濾波模塊2-、低通濾波模塊3+、低通濾波模塊3-、低通濾波模塊4+、低通濾波模塊4-、差分放大模塊1、差分放大模塊2、差分放大模塊3、差分放大模塊4、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊以及微處理器的供電端口連接。

利用上述采集裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對電橋式壓力傳感器輸出信號的準(zhǔn)確采集，采集方法包括以下步驟：

(1)低通濾波模塊1+和低通濾波模塊1-將第一路傳感器輸出的差分信號分別進(jìn)行低通濾波處理，然后傳送給差分放大模塊1的正、負(fù)相差分輸入端；低通濾波模塊2+和低通濾波模塊2-將第二路傳感器輸出的差分信號分別進(jìn)行低通濾波處理，然后傳送給差分放大模塊2的正、負(fù)相差分輸入端；低通濾波模塊3+和低通濾波模塊3-將第三路傳感器輸出的差分信號分別進(jìn)行低通濾波處理，然后傳送給差分放大模塊3的正、負(fù)相差分輸入端；低通濾波模塊4+和低通濾波模塊4-將第四路傳感器輸出的差分信號分別進(jìn)行低通濾波處理，然后傳送給差分放大模塊4的正、負(fù)相差分輸入端；

(2)差分放大模塊1、差分放大模塊2、差分放大模塊3和差分放大模塊4分別將差分輸入端輸入的信號線性放大100倍，并傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端；

(2)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將所采集的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并通過SPI總線發(fā)送給微處理器；

(4)微處理器進(jìn)行均值濾波處理后，除以放大的倍數(shù)100，得到原始信號數(shù)值。

本實(shí)施例8個低通濾波模塊結(jié)構(gòu)相同，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括第一OPA301、第二OPA301、4個電阻R1～R4及8個電容C1～C8；所述第一OPA301的1腳與4腳直接相接，2腳接地，3腳順次連接電阻R2、R1作為輸入端，3腳還通過電容C7接地，電容C1的一端與所述第一OPA301的1腳連接，電容C1的另一端連接在電阻R1、R2之間，4腳通過順次連接的R3、R4與所述第二OPA301的3腳連接；所述第二OPA301的1腳與4腳直接相接作為輸出端，2腳接地，3腳還通過電容C8接地，電容C2的一端與所述第二OPA301的1腳連接，電容C2的另一端接在電阻R3、R4之間；所述第一OPA301的5腳接+5V電源，在第一OPA301的+5V電源與地之間并聯(lián)電容C3、C4；所述第二OPA301的5腳接+5V電源，在第二OPA301的+5V電源與地之間并聯(lián)電容C5、C6。

電阻R1～R4的阻值依次為3.09kΩ、4.22kΩ、1.07kΩ、1.96kΩ；電容C1～C8的電容值依次為1.2μf、7.5μf、10μf、0.1μf、10μf、0.1μf、1μf、1μf。

該低通濾波模塊的設(shè)計有效濾除40Hz以上的干擾，消除偽跡效應(yīng)。

本實(shí)施例4個差分放大模塊結(jié)構(gòu)相同，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，采用兩個儀表放大器INA333組成兩級放大結(jié)構(gòu)，每級放大10倍，共放大100倍。

差分放大模塊包括第一INA333、第二INA333、4個電阻R5～R8及5個電容C9～C13；第一INA333的1腳和8腳間連接電阻R7，2腳連接電阻R5作為第一級放大的負(fù)差分輸入端，3腳連接電阻R6作為第一級放大的正差分輸入端，2腳和3腳間連接電容C9，4腳通過電容C12接地，5腳直接接地，6腳作為第一級放大的輸出端與第二級放大的輸入端連接，7腳通過電容C10接地；第二INA333的1腳和8腳間連接電阻R8，2腳接地，3腳作為第二級放大的輸入端，4腳通過電容C13接地，5腳直接接地，6腳作為差分放大模塊的第二級放大的輸出端，7腳通過電容C11接地；第一INA333的7腳、第二INA333的7腳均接+2.5V電源，所述第一INA333的4腳、第二INA333的4腳均接-2.5V電源。

電阻R5～R8的阻值依次為5.23kΩ、5.23kΩ、100Ω、100Ω；電容C9～C13的電容值均為0.1μf。

該差分放大模塊精度高、具有較高的輸入阻抗，能將傳感器輸出信號有效地提取并精確的放大。

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)，如圖4所示，包括芯片ADS1254E、12個電阻值為1kΩ的電阻R9～R20、22個電容C14～C35。

芯片ADS1254E的1～6、19～20作為四對正負(fù)輸入引腳IN1+、IN1-、IN2+、IN2-、IN3+、IN3-、IN4+、IN4-，四對正負(fù)輸入引腳外圍電路均相同；7腳通過電容C34接地，同時7腳接+5V電壓；9腳通過電容C35接地，同時9腳接+3.3V電壓，12腳接地；17腳接地；多路輸入信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后在芯片ADS1254E14腳的控制下，由芯片ADS1254E的13腳輸出至微處理器。

電阻R9的一端接第一路差分放大模塊的輸出端，另一端接IN1+，IN1+與地間并聯(lián)有電容C14、C15；電阻R10一端接地，另一端接IN1-，IN1-與地間并聯(lián)有電容C16、C17；在IN1+、IN1-間并聯(lián)有電容C18、電阻R11。

電阻R12的一端接第二路差分放大模塊的輸出端，另一端接IN2+，IN2+與地間并聯(lián)有電容C19、C20；電阻R13一端接地，另一端接IN2-，IN2-與地間并聯(lián)有電容C21、C22；在IN2+、IN2-間并聯(lián)有電容C23、電阻R14。

電阻R15的一端接第三路差分放大模塊的輸出端，另一端接IN3+，IN3+與地間并聯(lián)有電容C24、C25；電阻R16一端接地，另一端接IN2-，IN3-與地間并聯(lián)有電容C26、C27；在IN3+、IN3-間并聯(lián)有電容C28、電阻R17。

電阻R18的一端接第四路差分放大模塊的輸出端，另一端接IN4+，IN4+與地間并聯(lián)有電容C29、C30；電阻R19一端接地，另一端接IN4-，IN4-與地間并聯(lián)有電容C31、C32；在IN2+、IN2-間并聯(lián)有電容C33、電阻R20。

本實(shí)施例設(shè)計的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊高精度、快速準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換；其自帶固定頻率陷波功能；芯片外圍電路的設(shè)計能實(shí)現(xiàn)濾波功能，有效抑制外界噪聲的干擾，并對共模信號有有效的抑制作用。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

對電橋式壓力傳感器輸出信號進(jìn)行準(zhǔn)確采集，有效濾除40Hz以上的干擾，采集精度高達(dá)0.1％、線性度高達(dá)0.1％。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法的全部或部分流程，可以通過計算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中。其中，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)為磁盤、光盤、只讀存儲記憶體或隨機(jī)存儲記憶體等。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。