[發明專利]一種通用型傳感器信號采集電路拓撲結構及使用方法

在審

• 申請號: 202011444080.1
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112764367A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 顏丙杰;李亮;邢錦鵬;欒學功
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 孫莉莉

1.一種通用型傳感器信號采集電路拓撲結構，其特征在于，包括：

瞬態抑制保護電路，所述瞬態抑制保護電路連接用于選擇電流型傳感器和電壓型傳感器信號輸入的模式切換電路，所述用于選擇電流型傳感器和電壓型傳感器信號輸入的模式切換電路連接RC濾波電路，所述RC濾波電路連接過壓保護電路，所述過壓保護電路連接用于選擇放大倍數的模式切換電路，所述用于選擇放大倍數的模式切換電路連接用于選擇脈沖信號采集和普通信號采集的模式切換電路，所述用于選擇脈沖信號采集和普通信號采集的模式切換電路分為兩條支路，分別連接脈沖信號施密特去抖電路與普通信號電平轉換電路，所述脈沖信號施密特去抖電路與普通信號電平轉換電路再共同連接中央控制單元。

2.根據權利要求1所述的通用型傳感器信號采集電路拓撲結構，其特征在于，所述瞬態抑制保護電路由T1與C2組成，該電路用于防止由靜電、瞬態高電壓導致后級電路失效。

3.根據權利要求2所述的通用型傳感器信號采集電路拓撲結構，其特征在于，所述用于選擇電流型傳感器和電壓型傳感器信號輸入的模式切換電路,由R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、Q1、Q2、Q3組成，通過執行中央控制單元的MCU_Control1指令來選擇采用何種電路進行傳感器信號采集。

4.根據權利要求3所述的通用型傳感器信號采集電路拓撲結構，其特征在于，所述RC濾波電路由R9和C1組成，通過RC充放電延時原理對前級傳感器的信號濾波。

5.根據權利要求4所述的通用型傳感器信號采集電路拓撲結構，其特征在于，所述過壓保護電路由Z1組成，通過Z1穩壓二極管的穩壓特性進行傳感器輸入電壓保護。

6.根據權利要求5所述的通用型傳感器信號采集電路拓撲結構，其特征在于，所述用于選擇放大倍數的模式切換電路由R10、R11、R12、R13、Q4、U1組成，通過執行中央控制單元的MCU_Control3指令來選擇信號的同相放大倍數。

7.根據權利要求6所述的通用型傳感器信號采集電路拓撲結構，其特征在于，用于選擇脈沖信號采集和普通信號采集的模式切換電路由R19、R20、R21、R22、R23、R24、Q6、Q7組成，通過執行中央控制單元的MCU_Control2指令來切換信號的輸出方式。

8.根據權利要求7所述的通用型傳感器信號采集電路拓撲結構，其特征在于，所述脈沖信號施密特去抖電路由R14、R15、R16、R25、U2組成，通過R15與R16電阻分壓比設置U2第2端輸入的基準參考電壓，再通過R14、R15和U2形成的窗口比較器對傳感器輸入信號進行后級濾波。

9.根據權利要求8所述的通用型傳感器信號采集電路拓撲結構，其特征在于，所述普通信號電平轉換電路由R17與R18組成，將由U2輸出端口3輸出的電壓進行幅值轉換，使得MCU_ADC輸出電壓滿足中央控制單元要求且不影響信號的失真。

10.一種通用型傳感器信號采集電路拓撲結構的使用方法，其特征在于，包括：

接收傳感器信號輸入，瞬態抑制保護電路進行保護控制，防止由靜電、瞬態高電壓導致后級電路失效；

用于選擇電流型傳感器和電壓型傳感器信號輸入的模式切換電路，通過執行中央控制單元的MCU_Control1指令來選擇采用何種電路進行傳感器信號采集；

RC濾波電路通過RC充放電延時原理對前級傳感器的信號濾波；

過壓保護電路進行傳感器輸入電壓保護；

用于選擇放大倍數的模式切換電路通過執行中央控制單元的MCU_Control3指令來選擇信號的同相放大倍數；

用于選擇脈沖信號采集和普通信號采集的模式切換電路通過執行中央控制單元的MCU_Control2指令來切換信號的輸出方式；

脈沖信號施密特去抖電路通過窗口比較器對傳感器輸入信號進行后級濾波；

普通信號電平轉換電路使得MCU_ADC輸出電壓滿足中央控制單元要求且不影響信號的失真；

中央控制單元采集由MCU_ADC端口輸入的信號，并通過控制MCU_Control1、MCU_Control2、MCU_Control3來選擇滿足要求的傳感器信號采集模式，通過MCU內部上電自檢診斷邏輯對傳感器靜態情況下的是否正常狀態進行識別。