专利名称：无线传感器网络模数输入前端预处理电路的制作方法
技术领域：
本发明属于无线传感器网络模数输入电路领域，尤其是实现与无线传感器网络节 点的A/D模数转换单元输入动态范围最优的满程匹配的无线传感器网络模数输入前端预 处理电路。
背景技术：
目前，无线传感器网络模数输入电路存在的问题是与无线传感器网络节点的A/D 模数转换单元的输入动态范围匹配不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现与无线传感器网络节点的A/D模数转换单元输入 动态范围最优的满程匹配的无线传感器网络模数输入前端预处理电路 本发明的技术方案是无线传感器网络模数输入前端预处理电路，其特征是由电 流信号转换为电压信号转换电路、偏移电压处理电路和增益匹配电路组成，其中电流信号 转换为电压信号转换电路的输出端分别与增益匹配电路的输入端以及偏移电压处理电路 相连。 所述的正相运放电流信号转换为电压信号转换电路由正相运放电路运放器U1和 电阻R7、电阻R8组成，将传感器标准工业级4-20mA电流信号转换为电压信号，正相运放电 路运放器Ul的端点6和端点7零电阻连接，端点6还通过电阻R8接地；正相运放电路运放 器Ul的正相输入端点5通过电阻R7接地，电阻R7与电流源II并联。
所述的偏移电压处理电路由电阻R4、电阻R5和电阻R6组成，电阻R4 —端通过电 阻R3与电流信号转换为电压信号转换电路的输出端连接，电阻R4的另一端分别与电阻R5 和电阻R6连接，电阻R5 、电阻R6还分别与电源连接。 所述的正相运放增益匹配电路由正相运放电路运放器U2和电阻Rl、电阻R2组成， 正相运放电路运放器U2的端点2通过电阻Rl接地，正相运放电路运放器U2的端点1通过 电阻R2与端点2连接。 本发明的效果是无线传感器网络模数输入前端预处理电路，使模拟传感器标准 工业级4-20mA电流信号经过前端预处理，变为电压信号；该电压信号经过偏移电压电路的 处理，再经过放大运算电路达到与无线传感器网络节点的A/D模数转换单元输入动态范围 最优的满程匹配。从而使得采用这一电路的传感器节点可以挂带广大的标准工业级4-20mA 电流信号输出模拟传感器。 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
附图是本发明的电路原理图。
具体实施例方式
附图中，无线传感器网络模数输入前端预处理电路，由电流信号转换为电压信号 转换电路、偏移电压处理电路和增益匹配电路组成，其中电流信号转换为电压信号转换电 路的输出端分别与增益匹配电路的输入端以及偏移电压处理电路相连。
(1)电流信号转换为电压信号转换电路由正相运放电路运放器U1和电阻R7、电 阻R8组成，将传感器标准工业级4-20mA电流信号转换为电压信号，运放器Ul的型号为 LM324，正相运放电路运放器Ul的端点6和端点7零电阻连接，端点6还通过电阻R8接地； 正相运放电路运放器Ul的正相输入端点5通过电阻R7接地，电阻R7与电流源II并联。
采用正相运放电路(non-inverting configuration)设计，根据正相运放电路增 益公式 A = 1+RA/RB ... (1) 本设计中RA = 0， RA = R8 ;得到电路增益为1。这样的增益实现了电压跟随器的 功能.该正相运放电路采用单个5V电压源供电，免去双电源要求，简化了电路的实现。
同时在正相运放电路的正相输入端点5采用电阻接地，从而将模拟传感器 (analog sensor)标准工业级4_20mA电流信号输入转换为对正相运放电路的输入电压信 号。并由此进入正相运放电路，达到了将传感器标准工业级4-20mA电流信号转换为电压信 号的功能。 (2)偏移电压处理电路由电阻R4、电阻R5和电阻R6组成，电阻R4 —端通过电阻 R3与电流信号转换为电压信号转换电路的输出端连接，电阻R4的另一端分别与电阻R5和 电阻R6连接，电阻R5、电阻R6还分别与电源连接。 电阻R4、电阻R5和电阻R6组成分压器，并对该分压器提供负5伏电压供电。在此 供电条件下，将正相运放电路在4-20mA输入电流信号的动态范围下产生的输出电压下限 值移动到零点电压，实现偏移电压处理功能。 (3)增益匹配电路由正相运放电路运放器U2和电阻R1、电阻R2组成，运放器U2 的型号为LM324,正相运放电路运放器U2的端点2通过电阻Rl接地，正相运放电路运放器 U2的端点1通过电阻R2与端点2连接。 采用正相运放电路(non-inverting configuration)设计，根据运放电路增益公 式方程式(1) ，R2 = RA，R1 = Re，通过设定电阻Rl、电阻R2的数值，可以得到理想的增益。所 述增益能够实现与无线传感器网络节点的A/D模数转换单元输入电压动态范围
的最优的满程匹配。 该正相运放电路采用单个5V电压源供电，免去双电源要求，简化了电路的实现。
无线传感器网络节点要求具有支持模拟传感器(analog sensor)标准工业级 4-20mA电流信号输入，并将其转为数字信号的特点。这个转换标准工业级电流信号为数字 信号的模数转换过程，首先要求模拟传感器标准工业级4-20mA电流信号转换为电压信号， 然后其电压信号的输入动态范围与A/D模数转换单元的输入电压信号动态范围匹配。
本发明为无线传感器网络的模数输入前端预处理电路。这个预处理电路使得模拟 传感器标准工业级4-20mA电流信号经过前端预处理电路，变为电压信号；该电压信号经过 偏移电压电路的处理，再经过放大运算电路达到与无线传感器网络节点的A/D模数转换单 元输入动态范围最优的满程匹配。从而使得采用这一电路的传感器节点可以挂带广大的标准工业级4-20mA电流信号输出模拟传感器，从而实现了多参数无线传感器节点的功能c
权利要求
无线传感器网络模数输入前端预处理电路，其特征是由电流信号转换为电压信号转换电路、偏移电压处理电路和增益匹配电路组成，其中正相运放电流信号转换为电压信号转换电路的输出端分别与正相运放增益匹配电路的输入端以及偏移电压处理电路相连。
2. 根据权利要求1所述的无线传感器网络模数输入前端预处理电路，其特征是所述的 电流信号转换为电压信号转换电路由正相运放电路运放器Ul和电阻R7、电阻R8组成，将 传感器标准工业级4-20mA电流信号转换为电压信号，正相运放电路运放器Ul的端点6和 端点7零电阻连接，端点6还通过电阻R8接地；正相运放电路运放器Ul的正相输入端点5 通过电阻R7接地，电阻R7与电流源II并联。
3. 根据权利要求1所述的无线传感器网络模数输入前端预处理电路，其特征是所述的 偏移电压处理电路由电阻R4、电阻R5和电阻R6组成，电阻R4 —端通过电阻R3与电流信号 转换为电压信号转换电路的输出端连接，电阻R4的另一端分别与电阻R5和电阻R6连接， 电阻R5、电阻R6还分别与电源连接。
4. 根据权利要求1所述的无线传感器网络模数输入前端预处理电路，其特征是所述的 增益匹配电路由正相运放电路运放器U2和电阻Rl、电阻R2组成，正相运放电路运放器U2 的端点2通过电阻Rl接地，正相运放电路运放器U2的端点1通过电阻R2与端点2连接。
全文摘要
一种实现与无线传感器网络节点的A/D模数转换单元输入动态范围最优的满程匹配的无线传感器网络模数输入前端预处理电路。技术方案是其特征是由电流信号转换为电压信号转换电路、偏移电压处理电路和增益匹配电路组成，其中电流信号转换为电压信号转换电路的输出端分别与增益匹配电路的输入端以及偏移电压处理电路相连。
文档编号H04W84/18GK101741386SQ20091024344
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者李华 申请人:李华