本實(shí)用新型屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種新型模擬信號(hào)放大器。

背景技術(shù)：
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模擬信號(hào)放大器主要應(yīng)用在稱重、壓力測(cè)試、壓力控制、傳感器數(shù)據(jù)采集、工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)儀表等應(yīng)用中，需要將電橋式傳感器輸出的微小模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)的領(lǐng)域。

目前，傳統(tǒng)的橋式傳感器模擬信號(hào)放大器裝置如圖1所示，傳感器模擬信號(hào)放大器使用前必須與傳感器進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)。其人機(jī)交互式選擇開關(guān)和兩個(gè)電位器，用于校準(zhǔn)傳感器使用。校準(zhǔn)時(shí)根據(jù)傳感器靈敏度通過選擇開關(guān)選擇放大器的增益范圍，然后調(diào)節(jié)增益調(diào)節(jié)電位器來精細(xì)調(diào)節(jié)放大增益，調(diào)節(jié)零點(diǎn)調(diào)節(jié)電位器來調(diào)整放大器的零點(diǎn)失調(diào)。通過來回調(diào)整增益調(diào)節(jié)電位器和零點(diǎn)調(diào)節(jié)電位器最終將放大器校準(zhǔn)，使輸出端輸出與傳感器零點(diǎn)和滿量程對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸出，以供猴急設(shè)備正確讀取。

采用傳統(tǒng)的橋式傳感器模擬信號(hào)放大器，存在以下缺點(diǎn)：

(1)沒有輸出信號(hào)數(shù)據(jù)顯示，校準(zhǔn)調(diào)整時(shí)需使用其他儀表測(cè)試輸出信號(hào)，給現(xiàn)場(chǎng)安裝與維護(hù)帶來麻煩，增加了安裝與維護(hù)成本。

(2)沒有模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，在用戶需要對(duì)傳感器信號(hào)數(shù)字化采集 時(shí)后級(jí)需使用額外的模擬信號(hào)采集設(shè)備，增加了硬件成本。

(3)人機(jī)交互電路使用困難，由于是硬件上的選擇開關(guān)和電位器，用戶使用時(shí)無法給出用戶提示信息，而且校準(zhǔn)調(diào)整后的準(zhǔn)確度直接受校準(zhǔn)人員的專業(yè)性及測(cè)試儀表的準(zhǔn)確度所影響。用戶必須是經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)人員才能進(jìn)行安裝與設(shè)置，無法滿足日益靈活的工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)應(yīng)用。

(4)傳感器會(huì)隨時(shí)間變化出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象以及使用環(huán)境變化出現(xiàn)靈敏度變化，這時(shí)需重新校準(zhǔn)標(biāo)定模擬信號(hào)放大器，傳統(tǒng)的模擬信號(hào)放大器校準(zhǔn)耗時(shí)長(zhǎng)，增加了人力成本。

(5)輸出端模擬信號(hào)不是差分信號(hào)，在電磁環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)容易受到干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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為此，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中傳感器模擬信號(hào)放大器主要采用硬件電路，人機(jī)交互電路使用困難，由于是硬件上的選擇開關(guān)和電位器，用戶使用時(shí)無法給出用戶提示信息，而且校準(zhǔn)調(diào)整后的準(zhǔn)確度直接受校準(zhǔn)人員的專業(yè)性及測(cè)試儀表的準(zhǔn)確度所影響。用戶必須是經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)人員才能進(jìn)行安裝與設(shè)置，無法滿足日益靈活的工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)應(yīng)用。無法獲取數(shù)字量輸出結(jié)果，必須采用其他模擬量采集設(shè)備增加了硬件成本。輸出端模擬信號(hào)不是差分信號(hào)，在電磁環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)容易受到干擾，從而提出一種新型模擬信號(hào)放大器。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種新型模擬信號(hào)放大器，包括：

微處理器電路、電源電路、人機(jī)接口電路、通訊接口電路、數(shù)字IO接口電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、模擬信號(hào)差分放大電路。

所述微處理器電路包括MCU微處理器，所述微處理器電路分別與所述人機(jī)接口電路、所述通訊接口電路、所述數(shù)字IO接口電路、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、所述模擬信號(hào)差分放大電路連接。

所述電源電路包括隔離開關(guān)電源電路和線性穩(wěn)壓電源，所述隔離開關(guān)電源電路的輸入端連接DC24V電源輸入，所述電源電路產(chǎn)生+9V、-9V、5V、3.3V四個(gè)電源軌。

所述模擬信號(hào)差分放大電路包括第一程控放大器、第一儀表差分放大電路、第一差分輸出驅(qū)動(dòng)電路、第二程控放大器、第二儀表差分放大電路、第二差分輸出驅(qū)動(dòng)電路，所述第一程控放大器的輸入端連接第一傳感器信號(hào)輸入，所述第一儀表差分放大電路的輸入端連接所述第一程控放大器的輸出端，所述第一差分輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接所述第一儀表差分放大電路的輸出端，所述第一差分輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接第一標(biāo)準(zhǔn)差分模擬信號(hào)輸出，所述第二程控放大器的輸入端連接第二傳感器信號(hào)輸入，所述第二儀表差分放大電路的輸入端連接所述第二程控放大器的輸出端，所述第二差分輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接所述第二儀表差分放大電路的輸出端，所述第二差分輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接第二標(biāo)準(zhǔn)差分模擬信號(hào)輸出。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述人機(jī)接口電路包括OLED電路和多個(gè)按鍵及指示燈電路，所述MCU微處理器通過SPI接口與所述 OLED電路連接，所述MCU微處理器通過IO接口與所述多個(gè)按鍵及指示燈電路連接。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述OLED電路為128*64OLED電路，所述多個(gè)按鍵及指示燈電路為4個(gè)按鍵及指示燈電路。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述通訊接口電路包括USB轉(zhuǎn)串口電路、隔離以太網(wǎng)接口電路、隔離CAN總線接口電路，所述MCU微處理器通過UART接口與所述USB轉(zhuǎn)串口電路連接，所述MCU微處理器通過以太網(wǎng)接口與所述隔離以太網(wǎng)接口電路連接，所述MCU微處理器通過CAN接口與所述隔離CAN總線接口電路連接。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述MCU微處理器通過IO接口與所述數(shù)字IO接口電路連接。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括ADC電路，所述ADC電路的輸入端分別連接所述第一儀表差分放大電路的輸出端、所述第二儀表差分放大電路的輸出端，所述ADC電路的輸出端通過SPI接口連接所述MCU微處理器。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

(1)本實(shí)用新型使用了隔離開關(guān)電源，使用工業(yè)弱電系統(tǒng)常用的DC24V作為輸入，使得布線方便，隔離的電源無需擔(dān)心工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的用電設(shè)備造成不經(jīng)意的電源干擾和接地干擾等。開關(guān)電源效率高，發(fā)熱少，體積小，輸入容差大，在工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)能為產(chǎn)品提供穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)，大大提高了產(chǎn)品可靠性，減小產(chǎn)品體積與重量，提高了能源利用效率。

(2)本實(shí)用新型增加了OLED顯示屏和4按鍵電路，方便與用戶信息交互。要對(duì)模擬信號(hào)放大器與傳感器進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)時(shí)只需根據(jù)128*64OLED顯示屏提示操作，即可標(biāo)定模擬信號(hào)放大器與傳感器輸入量關(guān)系。用戶可以通過OLED屏幕與4個(gè)按鍵查看到當(dāng)前的設(shè)置信息及標(biāo)定校準(zhǔn)后的傳感器輸入數(shù)據(jù)信息，還能進(jìn)行通訊參數(shù)設(shè)置及多個(gè)模擬信號(hào)放大器通過CAN總線組成局域網(wǎng)通訊。

(3)本實(shí)用新型增加了ADC電路，能高速并且準(zhǔn)確的采集頻率采集輸出端模擬信號(hào)，為客戶省去了模擬量采集設(shè)備，能讓客戶直接看到傳感器輸入量。

(4)本實(shí)用新型增加了多種通訊接口，方便在工業(yè)應(yīng)用中與其他設(shè)備集成，還能多個(gè)模擬信號(hào)放大器通過CAN總線組成局域網(wǎng)通訊，布線方便，可靠性更高。

(5)本實(shí)用新型增加了數(shù)字IO接口，通過數(shù)字IO接口可以用IO信號(hào)來控制數(shù)據(jù)采集和快速獲取輸入端的狀態(tài)信息，方便后級(jí)控制設(shè)備對(duì)采集量的控制。

(6)本實(shí)用新型使用了程控放大器，用戶只需通過人機(jī)交互界面操作即可輕松完成放大器與傳感器標(biāo)定校準(zhǔn)的工作。標(biāo)定結(jié)果不再受用戶的專業(yè)性和測(cè)試儀器的準(zhǔn)確度影響，滿足日益靈活的工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)應(yīng)用。降低了傳感器使用的安裝和維護(hù)成本，降低了人力成本。

(7)本實(shí)用新型使用差分模擬信號(hào)輸出，在EMC環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)。模擬信號(hào)通道是一條完整的模擬通道，不經(jīng)過AD和DA的轉(zhuǎn)換，信號(hào)通道無延遲，輕松實(shí)現(xiàn)高的信號(hào) 通帶帶寬，對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器要求低，軟件開發(fā)難度降低。

附圖說明：

以下附圖僅旨在于對(duì)本實(shí)用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實(shí)用新型的范圍。其中：

圖1為傳統(tǒng)的橋式傳感器模擬信號(hào)放大器裝置框圖；

圖2為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的一種新型傳感器模擬信號(hào)放大器實(shí)現(xiàn)框圖；

圖3為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的一種新型傳感器模擬信號(hào)放大器原理電路組成框圖。

具體實(shí)施方式：

如圖2、圖3所示，本實(shí)用新型的新型模擬信號(hào)放大器，包括：微處理器電路、電源電路、人機(jī)接口電路、通訊接口電路、數(shù)字IO接口電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、模擬信號(hào)差分放大電路。

所述微處理器電路包括MCU微處理器，所述微處理器電路分別與所述人機(jī)接口電路、所述通訊接口電路、所述數(shù)字IO接口電路、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、所述模擬信號(hào)差分放大電路連接。所述微處理器電路根據(jù)程序指令處理數(shù)據(jù)并控制所述人機(jī)接口電路、所述通訊接口電路、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、所述模擬信號(hào)差分放大電路。所述人機(jī)接口電路與用戶的信息交互，控制所述通訊接口電路進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，控制所述數(shù)字IO接口電路進(jìn)行IO信號(hào)通訊，控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將輸出端模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，控制模擬信號(hào)差分放大電路的增益及失調(diào)。

所述電源電路包括隔離開關(guān)電源電路和線性穩(wěn)壓電源，所述隔離開關(guān)電源電路的輸入端連接DC24V電源輸入，所述電源電路產(chǎn)生+9V、-9V、5V、3.3V四個(gè)電源軌。本實(shí)施例中，所述電源電路使用工業(yè)弱電系統(tǒng)常用的DC24V作為輸入，經(jīng)過電源電路產(chǎn)生+9V、-9V、5V、3.3V四個(gè)電源軌為其他電路提供電源。

模擬信號(hào)差分放大電路有兩個(gè)通道，能放大兩路傳感器信號(hào)。模擬信號(hào)差分放大電路由程控放大、儀表差分放大電路、差分驅(qū)動(dòng)電路三部分組成，將傳感器的微小模擬信號(hào)放大為與傳感器滿量程和零點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差分模擬信號(hào)輸出。本實(shí)施例中，所述模擬信號(hào)差分放大電路包括第一程控放大器、第一儀表差分放大電路、第一差分輸出驅(qū)動(dòng)電路、第二程控放大器、第二儀表差分放大電路、第二差分輸出驅(qū)動(dòng)電路，所述第一程控放大器的輸入端連接第一傳感器信號(hào)輸入，所述第一儀表差分放大電路的輸入端連接所述第一程控放大器的輸出端，所述第一差分輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接所述第一儀表差分放大電路的輸出端，所述第一差分輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接第一標(biāo)準(zhǔn)差分模擬信號(hào)輸出，所述第二程控放大器的輸入端連接第二傳感器信號(hào)輸入，所述第二儀表差分放大電路的輸入端連接所述第二程控放大器的輸出端，所述第二差分輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接所述第二儀表差分放大電路的輸出端，所述第二差分輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接第二標(biāo)準(zhǔn)差分模擬信號(hào)輸出。

所述人機(jī)接口電路包括OLED電路和多個(gè)按鍵及指示燈電路，所述MCU微處理器通過SPI接口與所述OLED電路連接，所述MCU 微處理器通過IO接口與所述多個(gè)按鍵及指示燈電路連接。本實(shí)施例中，所述OLED電路為128*64OLED電路，所述多個(gè)按鍵及指示燈電路為4個(gè)按鍵及指示燈電路。所述人機(jī)接口電路讓MCU與用戶的信息交互，完成信息顯示、參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)校準(zhǔn)等，讓用戶輕松操作。

所述通訊接口電路包括USB轉(zhuǎn)串口電路、隔離以太網(wǎng)接口電路、隔離CAN總線接口電路，所述MCU微處理器通過UART接口與所述USB轉(zhuǎn)串口電路連接，所述MCU微處理器通過以太網(wǎng)接口與所述隔離以太網(wǎng)接口電路連接，所述MCU微處理器通過CAN接口與所述隔離CAN總線接口電路連接。所述通訊接口電路讓模擬信號(hào)放大器與其他設(shè)備進(jìn)行通訊，還可以多個(gè)模擬信號(hào)放大器組成局域網(wǎng)再與其他設(shè)備通訊。

數(shù)字IO接口電路能夠通過IO信號(hào)用來控制數(shù)據(jù)采集和快速輸出輸入端的狀態(tài)信息。所述MCU微處理器通過IO接口與所述數(shù)字IO接口電路連接。

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括ADC電路，所述ADC電路的輸入端分別連接所述第一儀表差分放大電路的輸出端、所述第二儀表差分放大電路的輸出端，所述ADC電路的輸出端通過SPI接口連接所述MCU微處理器。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將輸出端模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，供MCU處理及通訊。

本實(shí)用新型的新型模擬信號(hào)放大器的工作原理如下：

模擬信號(hào)放大器電源接入DC24V后，電源電路將電源變換成直流+9V、-9V，為模擬電路提供電源。+9V經(jīng)過線性降壓穩(wěn)壓成5V， 供程控放大器和其它模塊使用。5V再經(jīng)過線性電源降壓成3.3V，供MCU微處理器電路和其它模塊使用。MCU微處理器通過SPI接口通過DMA循環(huán)將要顯示內(nèi)容發(fā)送給128*64OLED電路顯示。MCU微控制器通過UART、CAN、以太網(wǎng)接口分別連接USB轉(zhuǎn)串口電路、隔離以太網(wǎng)接口電路、隔離CAN總線接口電路，模擬信號(hào)放大器與其他設(shè)備進(jìn)行通訊，還可以多個(gè)模擬信號(hào)放大器組成局域網(wǎng)再與其他設(shè)備通訊。通過數(shù)字IO接口可以用IO信號(hào)來控制數(shù)據(jù)采集和快速獲取輸入端的狀態(tài)信息。MCU微處理器通過SPI接口通過DMA與ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換高速采集輸出端模擬信號(hào)值。MCU微控制器控制程控放大器的放大增益和輸出失調(diào)，將傳感器的微小模擬信號(hào)放大為與傳感器滿量程和零點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差分模擬信號(hào)輸出。

要對(duì)模擬信號(hào)放大器與傳感器進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)時(shí)只需根據(jù)128*64OLED顯示屏提示操作，即可標(biāo)定模擬信號(hào)放大器與傳感器輸入量關(guān)系。用戶可以通過OLED屏幕與4個(gè)按鍵查看到當(dāng)前的設(shè)置信息及標(biāo)定校準(zhǔn)后的傳感器輸入數(shù)據(jù)信息，還能進(jìn)行通訊參數(shù)設(shè)置及多個(gè)模擬信號(hào)放大器通過CAN總線組成局域網(wǎng)通訊。

本實(shí)用新型是針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的一款用于放大傳感器微小模擬信號(hào)的模擬信號(hào)放大器，有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)信號(hào)通頻帶寬，滿足高速控制響應(yīng)的應(yīng)用。

(2)能夠高速采集輸出端模擬信號(hào)，省去模擬量采集設(shè)備，節(jié)省了硬件成本。

(3)有方便的人機(jī)界面，客戶操作簡(jiǎn)單，能直觀的設(shè)置和獲取 信息。

(4)執(zhí)行傳感器與模擬信號(hào)放大器標(biāo)定校準(zhǔn)操作簡(jiǎn)單快速，標(biāo)定校準(zhǔn)結(jié)果準(zhǔn)確，不受用戶專業(yè)性與其他測(cè)試儀器精度影響。

(5)有豐富的通訊接口，方便在工業(yè)應(yīng)用中與其他設(shè)備集成，還能多個(gè)模擬信號(hào)放大器通過CAN總線組成局域網(wǎng)通訊，布線方便，可靠性更高。

(6)有數(shù)字IO接口，方便后級(jí)控制設(shè)備及時(shí)獲取采集量的狀態(tài)來對(duì)采集量控制。

(7)能源利用效率高，發(fā)熱量小。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本實(shí)用新型創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。