CN202126267U

CN202126267U - 电子测量装置

Info

Publication number: CN202126267U
Application number: CN2011202008758U
Authority: CN
Inventors: 雷海东
Original assignee: Jianghan University
Current assignee: Jianghan University
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2021-06-15

Abstract

本实用新型公开了一种电子测量装置，属于测量技术领域。该装置包括采集模块、放大模块、模数转换模块、滤波模块、峰值检测模块、整形模块、单片机和输出模块，放大模块的输入端与采集模块的输出端相连，放大模块的控制端与单片机相连，模数转换模块的输入端与放大模块的一个输出端相连，滤波模块的输入端与放大模块的另一输出端相连，滤波模块的控制端与单片机相连，滤波模块的两个输出端分别与峰值检测模块和整形模块的输入端相连，单片机的三个输入端分别与模数转换模块、峰值检测模块和整形模块的输出端相连，滤波模块包括多组带通滤波电路。本实用新型通过利用低功耗的单片机与硬件电路相结合的方式实现低功耗、高精度的测量需求。

Description

电子测量装置

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种电子测量装置。

背景技术

现有的数字测量技术中，通常采用传感器将各种状态量，如流量、温度等非电信号转化为电信号，再对电信号进行处理，如根据交流信号的频率计算出对应的状态量从而达到测量的目的。为了保证测量精度，通常采用DSP(digitalsignal processor，数字信号处理器)芯片来实现信号处理。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：DSP芯片功耗较大，通常需要外接较大的电源，且电源更换十分频繁，所以不便于应用在一些要求低功耗的场景下如远程的野外测量等。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型实施例提供了一种高精确低功耗的电子测量装置。所述技术方案如下：

一种电子测量装置包括用于采集状态参数的采集模块、放大模块、模数转换模块、滤波模块、峰值检测模块、整形模块、单片机、和输出模块，所述放大模块的输入端与所述采集模块的输出端相连，所述放大模块的控制端与所述单片机相连，所述模数转换模块的输入端与所述放大模块的一个输出端相连，所述滤波模块的输入端与所述放大模块的另一输出端相连，所述滤波模块的控制端与所述单片机相连，所述滤波模块的两个输出端分别与所述峰值检测模块的输入端、和所述整形模块的输入端相连，所述单片机的三个输入端分别与所述模数转换模块的输出端、所述峰值检测模块的输出端、和所述整形模块的输出端相连，所述输出模块的输入端与所述单片机相连，所述滤波模块包括多组带通滤波电路。

进一步地，所述采集模块为压电传感器、光敏传感器。

进一步地，所述整形模块为非门整形电路。

进一步地，所述单片机中存有频率值与待测状态量关系表。

进一步地，所述输出模块为液晶显示器。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过利用低功耗的单片机与硬件电路相结合的方式实现低功耗、高精度的测量需求。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的电子测量装置的结构图；

图2是本实用新型实施例提供的电子测量装置的放大模块的电路图；

图3是本实用新型实施例提供的电子测量装置的带通滤波电路的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

参见图1，本实施例提供了一种电子测量装置，包括单片机101、采集模块102、放大模块103、模数转换模块104、滤波模块105、峰值检测模块106、整形模块107、和输出模块108。其中，放大模块103的输入端与采集模块102的输出端相连，放大模块103的控制端与单片机101相连，模数转换模块104的输入端与放大模块103的一个输出端相连，滤波模块105的输入端与放大模块103的另一输出端相连，滤波模块105的控制端与单片机101相连，滤波模块105的两个输出端分别与峰值检测模块106的输入端、和整形模块107的输入端相连，单片机101的三个输入端分别与模数转换模块104的输出端、峰值检测模块106的输出端、和整形模块107的输出端相连，输出模块108的输入端与单片机101相连，滤波模块105包括多组带通滤波电路。

进一步地，本实施例中的单片机101中存有频率值与待测状态量关系表。

进一步地，本实施例中的采集模块102可以为各种传感器，包括压电传感器、光敏传感器和温度传感器等。

进一步地，如图2所示，本实施例中的放大模块103包括多个放大器A11、A12、A2、A3、A4、多个电阻R11、R12、R21～R24、R31～R34和数字电位计Rx。其中，放大器A11的同相输入端和放大器A12的同相输入端与采集模块102相连，放大器A11的反相输入端和放大器A12的反相输入端之间串联电阻R，放大器A11的反相输入端与输出端之间串联电阻R11，放大器A11的输出端与放大器A2的反相输入端之间串联电阻R21，放大器A12的反相输入端与输出端之间串联电阻R12，放大器A12的输出端与放大器A2的同相输入端之间串联电阻R22，放大器A2的同相输入端串联电阻R24后接地，放大器A2的反相输入端与输出端之间串联电阻R23，放大器A2的输出端与放大器A3的反相输入端之间串联电阻R31，放大器A3的反相输入端串联电阻R32后接地，放大器A3的同相输入端依次串联电阻R33、电阻R34后与放大器A4的反相输入端相连，放大器A3的输出端串联数字电位计Rx后与放大器A4的反相输入端相连，放大器A4的同相输入端接地，放大器A4的输出端与电阻R33和电阻R34的连接点、模数转换模块104、和滤波模块105相连，数字电位计Rx的控制端与单片机101相连。单片机101通过控制电位计Rx的大小来调整放大模块103的放大倍数。

进一步地，每组带通滤波电路由一个高通滤波电路和一个低通滤波电路级联组成。实际应用中会设置N组相邻通带间有一定重叠的滤波组覆盖整个被测信号的频带范围，单片机101决定选通哪一组带通滤波电路。

更进一步地，如图3所示，本实施例中的每组带通滤波电路包括两个放大器A5和A6、多个电阻R1、R111、R112、R211、R211、R3～R6、多个电容C11、C12、C21、C22。其中，电阻R1的一端连接放大模块103的输出端，电阻R1的另一端连接电阻R111的一端、电阻R112的一端、和电容C11的一端，放大器A5的同相输入端连接电阻R111的另一端和电容C12的一端，电容C12的另一端连接电阻R112的另一端后接地，放大器A5的输出端连接电容C11的另一端、电容C21的一端、和电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接放大器的反相输入端，电容C21的另一端连接电阻R211的一端和电容C22的一端，放大器A6的同相输入端连接电容C22的另一端和电阻R212的一端，电阻R212的另一端连接电阻R5的一端和电阻R6的一端后接地，放大器A6的反相输入端连接电阻R5的另一端，放大器A6的输出端连接电阻R211的另一端、电阻R6的另一端、峰值检测模块106的输入端、和整形模块107的输入端。不同带通滤波电路组的电路结构相同只是电子元件的具体参数不同，从而可以实现前述N组相邻通带间有一定重叠的滤波组。容易知道，带通滤波器组通过一组电开关组与单片机相连，从而单片机可以选通合适的带通滤波器进行滤波，此为本领域技术人员熟知，在此省略详细描述。

进一步地，本实施例中的整形模块107可以是非门整形电路。

进一步地，本实施例中的输出模块108可以是LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)。

下面结合图1说明本实用新型实施例的电子测量装置的工作过程及各模块的功能。

采集模块102，用于采集状态参数，把各种状态量，比如温度、液体流量等转化为交流电信号。

放大模块103，用于接收采集模块102输出的交流信号并把信号放大，放大倍数根据单片机101的控制指令选择。

模数转换模块104，用于采样放大模块103的输出信号以获得实时的数字化电压值。

滤波模块105，用于对放大后的信号进行带宽滤波，输出滤波后的信号给峰值检测模块106和整形模块107。

峰值检测模块106，用于检测滤波模块105的输出信号的峰值，并把峰值参数输出给单片机101。

整形模块107，用于对滤波模块105输出的信号进行整形，具体为方波整形，把整形后得到的方波信号输出到单片机101。

单片机101，用于接收模数转换模块104输出的数字信号，即前述数字化电压值，通过FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅里叶变换)频谱分析，得到该数字信号的频率值fo，根据频率值fo选择带宽值，指示滤波模块105选择不同的带宽通道，即选择哪一组带通滤波电路；单片机101接收整形模块107输出的方波信号，把方波信号送至其内部的定时/计数模块进行周期捕获，得到频率值，并通过频率值与待测状态量值的对应关系得到待测状态量值；如查询其预先储存的频率值与待测状态量值关系表，通过频率值确定待测状态量值，并把待测状态量值输出给输出模块108。同时单片机101还用于控制放大模块103的放大倍数和使能模数转换模块104进行采样，具体为获取峰值检测模块106输出的峰值参数，分析该峰值参数从而调整放大模块103的放大倍数，使信号的幅值达到最佳范围以适应不同大小的测量需求；通过命令控制字使能模数转换模块104采样并获得实时的数字化电压值。本实施例中由于信号经过滤波、整形处理后和一系列的反馈调节而得到精确的频率值，那么根据频率值与待测状态量值的对应关系，单片机101将输出精确的待测状态量值。

输出模块108，用于接收单片机101输出的待测状态量值，输出该待测状态量值给用户。

本实施例中由于采用了低功耗的单片机进行信号处理降低了整个测量装置的功耗，同时使用了多组带通滤波电路，其通带覆盖了待测信号所在的频带，根据频谱分析结果来选择具体哪一组带通滤波电路，进行最佳滤波，从而可以提高测量精度。

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：单片机内存或单片机外接存储器。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1. 一种电子测量装置，其特征在于，包括：用于采集状态参数的采集模块、放大模块、模数转换模块、滤波模块、峰值检测模块、整形模块、单片机、和输出模块，所述放大模块的输入端与所述采集模块的输出端相连，所述放大模块的控制端与所述单片机相连，所述模数转换模块的输入端与所述放大模块的一个输出端相连，所述滤波模块的输入端与所述放大模块的另一输出端相连，所述滤波模块的控制端与所述单片机相连，所述滤波模块的两个输出端分别与所述峰值检测模块的输入端、和所述整形模块的输入端相连，所述单片机的三个输入端分别与所述模数转换模块的输出端、所述峰值检测模块的输出端、和所述整形模块的输出端相连，所述输出模块的输入端与所述单片机相连，所述滤波模块包括多组带通滤波电路。

2.根据权利要求1所述的电子测量装置，其特征在于，所述放大模块包括多个放大器A11、A12、A2、A3、A4、多个电阻R11、R12、R21～R24、R31～R34和数字电位计Rx，

放大器A11的同相输入端和放大器A12的同相输入端与所述采集模块相连，放大器A11的反相输入端和放大器A12的反相输入端之间串联电阻R，放大器A11的反相输入端与输出端之间串联电阻R11，放大器A11的输出端与放大器A2的反相输入端之间串联电阻R21，放大器A12的反相输入端与输出端之间串联电阻R12，放大器A12的输出端与放大器A2的同相输入端之间串联电阻R22，放大器A2的同相输入端串联电阻R24后接地，放大器A2的反相输入端与输出端之间串联电阻R23，放大器A2的输出端与放大器A3的反相输入端之间串联电阻R31，放大器A3的反相输入端串联电阻R32后接地，放大器A3的同相输入端依次串联电阻R33、R34后与放大器A4的反相输入端相连，放大器A3的输出端串联数字电位计Rx后与放大器A4的反相输入端相连，放大器A4的同相输入端接地，放大器A4的输出端与电阻R33和电阻R34的连接点、所述模数转换模块、和所述滤波模块相连，数字电位计Rx的控制端与所述单片机相连。

3.根据权利要求1所述的电子测量装置，其特征在于，每组所述带通滤波电路包括两个放大器A5、A6、多个电阻R1、R111、R112、R211、R211、R3～R6、多个电容C11、C12、C21、C22，

电阻R1的一端连接所述放大模块的输出端，电阻R1的另一端连接电阻R111的一端、电阻R112的一端、和电容C11的一端，放大器A5的同相输入端连接电阻R111的另一端和电容C12的一端，电容C12的另一端连接电阻R112的另一端后接地，放大器A5的输出端连接电容C11的另一端、电容C21的一端、和电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接放大器的反相输入端，电容C21的另一端连接电阻R211的一端和电容C22的一端，放大器A6的同相输入端连接电容C22的另一端和电阻R212的一端，电阻R212的另一端连接电阻R5的一端和电阻R6的一端后接地，放大器A6的反相输入端连接电阻R5的另一端，放大器A6的输出端连接电阻R211的另一端、电阻R6的另一端、所述峰值检测模块的输入端、和所述整形模块的输入端。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电子测量装置，其特征在于，所述采集模块为压电传感器、光敏传感器。

5.根据权利要求1-3任一项所述的电子测量装置，其特征在于，所述整形模块为非门整形电路。

6.根据权利要求1-3任一项所述的电子测量装置，其特征在于，所述输出模块为液晶显示器。