一種基于c8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，包括基于C8051芯片的單片機、電源模塊、信號采集模塊，所述基于C8051芯片的單片機分別與電源模塊、信號采集模塊連接，內(nèi)部集成設(shè)置有數(shù)字運算放大器和濾波器。本基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，通過基于C8051單片機的內(nèi)部集成，可根據(jù)外部信號強度靈活調(diào)節(jié)，簡化了設(shè)計，增加了設(shè)計靈活性；通過優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，有利于減小干擾，保證了信號檢測的高精度，具有設(shè)計簡單、調(diào)節(jié)靈活、檢測精度高、應(yīng)用范圍廣等特點。
【專利說明】
一種基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及信號處理領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的快速發(fā)展，需要測量物理量的微小變化。例如:微弱電壓或電流，微弱的光等等。特別是在極端條件下的微弱信號的測量，已經(jīng)成為深化認(rèn)識自然，開拓新材料，創(chuàng)造新器件的基礎(chǔ)。一般來講，很多非電量的微小變化都是可以通過傳感器變成電信號然后進行放大，顯示或記錄。由于這些微小量的變化通過傳感器轉(zhuǎn)換成的電信號十分微弱。對于這些微弱信號的檢測，噪聲和干擾是主要矛盾。噪聲本身所具有的電壓可能把有用的微弱信號深深地淹沒掉。除了噪聲以外，還有一些人為干擾和自然界的干擾。這些干擾和噪聲來自于測量系統(tǒng)的外部。原則上可以采用電子屏蔽的方法使降到最小。但是，在實際工作中，要消除這些干擾或噪聲，也不是輕而易舉的事。
[0003]微弱信號檢測技術(shù)就是要研究、觀察、記錄科研和生產(chǎn)中各種物理量的微小變化， 解決在噪聲或干擾中檢測有用的微弱信號問題。一個放大器或者一個信號檢測系統(tǒng)的作用就是在存在噪聲和大量的干擾背景中選出有用的信號。然而，對于一般的放大器而言，由于噪聲、干擾和信號混在一起，因此它將無用的噪聲、干擾和有用的信號一起放大。只有當(dāng)有用的信號大于噪聲或干擾的情況下，這種放大器或者信號檢測系統(tǒng)才能作為檢測的有用工具。如果無用的噪聲或干擾大于有用信號，通過放大器或者檢測系統(tǒng)之后，不但不能提取到有用信號。放大器的輸出還加進了放大器本身的噪聲，使信號完全被噪聲淹沒得更深。即使將放大器視為理想的放大器，即不考慮放大器本身的噪聲，也不過只能維持放大器輸入端的信噪比。因為這種放大器并沒有從信號和噪聲本身的特性出發(fā)，而只能從信號和噪聲共有的特性平均功率的大小來區(qū)分信號和噪聲。只有從信號和噪聲的特性出發(fā)，針對信號和噪聲的不同特性，充分利用它們本身的特性的基礎(chǔ)上擬訂檢測方法，才是最有效的，才有可能從噪聲中檢測信號?，F(xiàn)有微弱信號采集系統(tǒng)，一般由模擬信號疊加背景噪聲的加法器模塊、模擬信號衰減的純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)模塊、基于鎖相放大的微弱信號檢測電路模塊、基于核心控制器的幅值檢測模塊共同組成，整個系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，成本高，而且穩(wěn)定性差?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案:一種基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，包括基于C8051芯片的單片機、電源模塊、信號采集模塊，所述基于C8051 芯片的單片機分別與電源模塊、信號采集模塊連接，內(nèi)部集成設(shè)置有數(shù)字運算放大器和濾波器。采用內(nèi)部數(shù)字放大器替代外部放大電路模塊和濾波器模塊，可根據(jù)外部信號強度靈活調(diào)節(jié)，不僅簡化了設(shè)計，更增加了設(shè)計的靈活性。
[0006]優(yōu)選的，所述單片機內(nèi)部集成設(shè)置有24位高精度差分ADC轉(zhuǎn)換器，從而可采集微弱的正電壓或負(fù)電壓差分信號，或正電壓的單端信號。
[0007]優(yōu)選的，所述信號采集模塊包括差分信號采集電路，所述每個差分信號采集電路均設(shè)有兩個輸入口。這樣，第一輸入口可高于第二輸出口電壓，也可以低于第二輸出口電壓，設(shè)計更靈活，且可以采集負(fù)電壓信號。
[0008]優(yōu)選的，所述信號采集模塊包括單端信號采集電路。單端信號采集電路輸入單端正電壓信號，增加了檢測的靈活性多樣性。
[0009]優(yōu)選的，所述電源模塊采用低噪聲電源供電，如電池。通過保證電源的穩(wěn)定性和較小的電源紋波，以保證微弱信號采集的精度。
[0010]優(yōu)選的，所述電源模塊包括升壓電路，所述升壓電路通過接口與電源連接，與電源輸出接口連接。采用升壓電路給外部設(shè)備供電，能大大降低電源紋波，從電源上減小系統(tǒng)紋波。
[0011]優(yōu)選的，所述電源模塊包括穩(wěn)壓電路、濾波電路，所述穩(wěn)壓電路通過接口與電源連接，與濾波電路連接，所述濾波電路與單片機連接，以減小電源紋波。
[0012]優(yōu)選的，所述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置包括存儲電路，所述存儲電路與單片機連接。在高速數(shù)據(jù)采集過程中，如果同時兼顧數(shù)據(jù)處理或數(shù)據(jù)傳輸，會導(dǎo)致AD 采集時數(shù)據(jù)波動，因此在數(shù)據(jù)采集過程中，不進行數(shù)據(jù)傳輸，而是將數(shù)據(jù)存入緩存，數(shù)據(jù)采集一段時間后再進行上傳。
[0013]優(yōu)選的，所述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置設(shè)有內(nèi)部基準(zhǔn)接口，所述內(nèi)部基準(zhǔn)接口與單片機連接。內(nèi)部基準(zhǔn)接口具有一定的驅(qū)動能力，且可以作為外部信號的基準(zhǔn)電源，省去了電源基準(zhǔn)電路，且電路內(nèi)外可以使用同一電源基準(zhǔn)提高了 AD轉(zhuǎn)換的精度。 [〇〇14]優(yōu)選的，所述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置包括指示電路，所述指示電路與單片機連接，以指示檢測裝置的工作狀態(tài)情況。
[0015]優(yōu)選的，所述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置設(shè)有下載接口，所述下載接口與單片機連接，從檢測裝置下載采集的數(shù)據(jù)。
[0016]優(yōu)選的，所述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置設(shè)有通信接口，所述通信接口與單片機連接，實現(xiàn)檢測裝置與外部的數(shù)據(jù)傳輸。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:本基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，通過基于C8051單片機的內(nèi)部集成，可根據(jù)外部信號強度靈活調(diào)節(jié)，簡化了設(shè)計， 增加了設(shè)計靈活性;通過優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，有利于減小干擾，保證了信號檢測的高精度，具有設(shè)計簡單、調(diào)節(jié)靈活、檢測精度高、應(yīng)用范圍廣等特點。【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)組成方框圖；
[0019]圖2a、2b分別為本實用新型實施例穩(wěn)壓電路、電池接口部分電路圖；
[0020]圖3為本實用新型實施例濾波電路部分電路圖；[0021 ]圖4a、4b分別為本實用新型實施例內(nèi)部基準(zhǔn)接口、電源輸出接口部分電路圖；
[0022]圖5為本實用新型實施例升壓電路部分電路圖；
[0023]圖6為本實用新型實施例單片機及其相關(guān)接口部分電路圖；
[0024]圖7a、7b分別為本實用新型實施例存儲電路、指示電路部分電路圖。【具體實施方式】
[0025]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。[〇〇26]參照圖1所示，一種基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，包括基于C8051芯片的單片機、電源模塊、信號采集模塊，所述基于C8051芯片的單片機分別與電源模塊、信號采集模塊連接，內(nèi)部集成設(shè)置有數(shù)字運算放大器和濾波器。采用內(nèi)部數(shù)字放大器替代外部放大電路模塊和濾波器模塊，可根據(jù)外部信號強度靈活調(diào)節(jié)，不僅簡化了設(shè)計，更增加了設(shè)計的靈活性。所述單片機內(nèi)部集成設(shè)置有24位高精度差分ADC轉(zhuǎn)換器，從而可采集微弱的正電壓或負(fù)電壓差分信號，或正電壓的單端信號。[〇〇27]參照圖1、圖7所示，所述信號采集模塊包括差分信號采集電路，圖中，三個差分信號采集電路分別由輸入接口 P11-P13、限流電阻R11-R16、濾波電容C11-C16連接組成。每個輸入接口均設(shè)有兩個輸入口，第一輸入口可高于第二輸出口電壓，也可以低于第二輸出口電壓，設(shè)計更靈活，且可以采集負(fù)電壓信號。所述信號采集模塊包括單端信號采集電路，兩個單端信號采集電路分別由輸入接口 P14-P15、限流電阻R17-R18、濾波電容C17-C18連接組成。單端信號采集電路可輸入單端正電壓信號，增加了檢測的靈活性多樣性。[〇〇28]參照圖1-圖7b所示的電路圖，所述電源模塊采用電池供電，電池通過電池接口P2 與升壓電路U31連接，所述升壓電路U31包括濾波電容C32、C35，升壓電路工作電容C33、C34。 升壓電路U31通過電源輸出接口 P3給外部信號提供穩(wěn)定的電源。所述電源模塊包括穩(wěn)壓電路U2、濾波電路P1，所述穩(wěn)壓電路U2包括濾波電容Cl、C2，穩(wěn)壓電路U2通過電池接口 P2與電池連接，穩(wěn)壓電路U2與濾波電路P1連接，所述濾波電路P1與單片機U1連接。濾波電路P1包括濾波電感L1、L2，濾波電容C4、C5、C6、C7。進一步的，這里濾波電路P1通過UART串口接口與單片機U1連接。[〇〇29]所述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置包括存儲電路U21，所述存儲電路 U21與單片機U1連接，存儲電路U21包括上拉電阻R21、R22。進一步的，這里存儲電路U21通過 SPI接口與單片機U1連接，以高速存儲大容量數(shù)據(jù)。
[0030]所述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置設(shè)有內(nèi)部基準(zhǔn)接口 P5,所述內(nèi)部基準(zhǔn)接口 P5與單片機U1連接。內(nèi)部基準(zhǔn)接口P5具有一定的驅(qū)動能力，且可以作為外部信號的基準(zhǔn)電源，省去了電源基準(zhǔn)電路，且電路內(nèi)外可以使用同一電源基準(zhǔn)提高了 AD轉(zhuǎn)換的精度。
[0031]所述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置包括指示電路，所述指示電路與單片機U1連接，包括限流電阻R2、R3,發(fā)光二極管D1、D2,用作狀態(tài)指示。[〇〇32]所述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置設(shè)有下載接口 P4,所述下載接口 P4與單片機U1連接，從檢測裝置下載采集的數(shù)據(jù)。所述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置設(shè)有模擬地和數(shù)字地的隔離電阻R4。[〇〇33]所述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置設(shè)有通信接口，所述通信接口與單片機U1連接，實現(xiàn)檢測裝置與外部的數(shù)據(jù)傳輸。
[0034]盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言， 可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項】
1.一種基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，其特征在于，包括基于C8051芯片 的單片機、電源模塊、信號采集模塊，所述基于C8051芯片的單片機分別與電源模塊、信號采 集模塊連接，內(nèi)部集成設(shè)置有數(shù)字運算放大器和濾波器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，其特征在于，所 述單片機內(nèi)部集成設(shè)置有24位高精度差分ADC轉(zhuǎn)換器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，其特征在于，所 述信號采集模塊包括差分信號采集電路，所述差分信號采集電路設(shè)有兩個輸入口。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，其特征在于，所 述信號采集模塊包括單端信號采集電路。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，其特征在于，所 述電源模塊包括升壓電路，所述升壓電路通過接口與電源連接，與電源輸出接口連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，其特征在于，所 述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置包括存儲電路，所述存儲電路與單片機連接。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，其特征在于，所 述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置設(shè)有內(nèi)部基準(zhǔn)接口，所述內(nèi)部基準(zhǔn)接口與單 片機連接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，其特征在于，所 述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置包括指示電路，所述指示電路與單片機連接。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，其特征在于，所 述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置設(shè)有下載接口，所述下載接口與單片機連接。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置，其特征在于，所 述基于C8051單片機的低頻微弱信號檢測裝置設(shè)有通信接口，所述通信接口與單片機連接。
【文檔編號】G05B19/042GK205679951SQ201620552352
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月8日 公開號201620552352.2, CN 201620552352, CN 205679951 U, CN 205679951U, CN-U-205679951, CN201620552352, CN201620552352.2, CN205679951 U, CN205679951U
【發(fā)明人】張靜
【申請人】湖北文理學(xué)院