有害气体传感器的信号处理电路的制作方法

本实用新型涉及一种传感器信号处理电路，具体的说，涉及了一种有害气体传感器的信号处理电路。

背景技术：

随着社会的进步，科技的发展，人类对环境中的空气质量越来越重视，空气中的一些常见气体，如一氧化碳、硫化氢等，在含量低于一定浓度时，是不会对人体产生不利影响的，但是一旦超过某一数据值时，则就必须要对其进行有效的控制，以防止发生有害气体伤人事件发生。目前市场上对于检测高浓度的有害气体产品较为普遍，但对于针对空气中、低浓度的有害气体产品却并不多，而且由于低浓度有害气体检测电路的设计难度要高于普通有害气体检测电路，所以成本更高并且开发同期更长。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种有害气体传感器的信号处理电路，通过将检测电路模块化，降低了使用本发明的设备的成本，便于提高使用本发明的设备的市场推广及应用。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种有害气体传感器的信号处理电路，包括传感器信号放大电路、数字信号处理电路、参考电压生成电路和电源管理电路；

所述参考电压生成电路用于生成所述传感器信号放大电路的参考电压，所述传感器信号放大电路接收并放大四电极有害气体传感器输出的电信号，并将放大后的电信号发送至所述数字信号处理电路；

所述数字信号处理电路将电信号转换为数字信号，并根据所述数字信号解析出当前有害气体的浓度值，再将解析结果发送至外部主机；

所述电源管理电路用于控制所述数字信号处理电路的工作状态以及向所述传感器信号放大电路、所述数字信号处理电路和所述参考电压生成电路提供电源电压。

基于上述，所述电源管理电路分为电平检测电路和供电电路，

所述电平检测电路包括三极管Q1，所述三极管Q1为9013，所述三极管Q1的基极通过电阻R10连接5V正电压，所述三极管Q1的基极还通过电阻R11连接所述三极管Q1的发射极，所述三极管Q1的发射极接电源地，所述三极管Q1的集电极通过上拉电阻R8连接电源电压VCC，所述三极管Q1的集电极还输出电平信号M-POW INFO；

所述供电电路包括稳压器U3，所述稳压器U3为REF333X系列稳压器，正5V电源通过电容C6接电源地，正5V电源还连接所述稳压器U3的输入引脚1，所述稳压器U3的输出引脚2分别连接电池BT1的正极和二极管D1的阳极，所述电池BT1的负极连接电源地，所述二极管D1的阴极输出电源电压VCC，所述二极管D1的阴极通过电阻R7输出参考电压Vref-A，所述二极管D1的阴极还通过所述电阻R7分别连接电阻R9的一端和电容C8的一端，所述电阻R9的另一端和所述电容C8的另一端连接电源地，所述二极管D1的阴极通过电容C7连接电源地,所述电源地连接公共地。

基于上述，所述参考电压生成电路包括运算放大器U4C、电阻R31、电阻R35、电阻R33、电阻R36和电容C27，所述电源电压VCC通过所述电容C27连接电源地，所述电源电压VCC通过所述电阻R31和所述电阻R35连接电源地，所述电阻R31和所述电阻R35的连接端输出参考电压VrefA，所述电源电压VCC还通过所述电阻R33和所述电阻R36连接电源地，所述电阻R33和所述电阻R36的连接端输出参考电压VrefB，所述电阻R33和所述电阻R36的连接端还分别连接电阻R34的一端和电阻R32的一端，所述电阻R34的另一端连接所述电阻R31和所述电阻R35的连接端，所述电阻R32的另一端连接电源地；

所述参考电压VrefA还通过电阻R39连接所述运算放大器U4C的同相输入引脚，所述运算放大器U4的输出引脚连接所述运算放大器U4的反相输入引脚，所述运算放大器U4的输出引脚还输出参考电压VrefA1。

基于上述，所述传感器信号放大电路包括四电极有害气体传感器、传感器输出稳定电路、信号放大电路和断电电位平衡电路，

所述传感器输出稳定电路包括第一线圈LC1、第二线圈LC2和运算放大器U4A，所述运算放大器U4为LT3012，所述四电极有害气体传感器的第一电极通过所述第一线圈LC1、电阻R21分别连接电容C21的一端和所述运算放大器U4A的输出端，所述四电极有害气体传感器的第三电极通过所述第二线圈LC2、电阻R22分别连接所述电容C21的另一端和所述运算放大器U4A的反相输入引脚；参考电压VrefB通过电阻R24分别连接所述运算放大器U4A的同相输入引脚和电容C22的一端，所述电容C22的另一端接电源地；

所述信号放大电路包括第一信号放大电路和第二信号放大电路，所述第一信号放大电路的输入端连接所述四电极有害气体传感器的第二电极，所述第一信号放大电路的输出端输出SIG信号；所述第二信号放大电路的输入端连接所述四电极有害气体传感器的第四电极，所述第二信号放大电路的输出端输出ZERO信号；所述第一信号放大电路和所述第二信号放大电路为两路相同的放大滤波电路，具体的，所述放大滤波电路包括第三线圈LC3和运算放大器U4B，所述放大滤波电路的输入端通过所述第三线圈LC3和电阻R25连接所述运算放大器U4B的反相输入引脚，所述参考电压VrefA通过电阻R28分别连接所述运算放大器U4B的同相输入引脚和电容C24的一端，所述电容C24的另一端接电源地；所述运算放大器U4B的输出引脚通过电阻R27和电容C25连接电源地，所述电阻R27和所述电容C25的连接端为所述第一信号放大电路的输出端，所述运算放大器U4B的输出端还分别通过电容C23和电阻R26连接所述运算放大器U4B的反相输入引脚；

所述断电电位平衡电路包括场效应管Q3和场效应管Q4，所述场效应管Q3和场效应管Q4均为J177，所述场效应管Q4的引脚2连接所述四电极有害气体传感器的第四电极，所述场效应管Q4的引脚1连接所述场效应管Q3的引脚1和所述四电极有害气体传感器的第三电极，所述场效应管Q3的引脚2连接所述四电极有害气体传感器的第二电极，所述场效应管Q3的引脚3和所述场效应管Q4的引脚3分别和所述电源电压VCC连接。

基于上述，所述数字信号处理电路包括数字芯片U1，所述数字芯片U1为i2401芯片，所述数字芯片U1的引脚1连接所述第一信号放大电路的输出信号SIG，所述数字芯片U1的引脚3所述第二信号放大电路的输出信号ZERO，所述数字芯片U1的引脚2和引脚4分别连接所述参考电压VrefA1，所述数字芯片U1的引脚6连接电源地，所述数字芯片U1的引脚9输入所述参考电压Vref-A，所述数字芯片U1的引脚11通过电阻R5连接电源地，所述数字芯片U1的引脚13连接所述电源电压VCC和电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接电源地，所述数字芯片U1的引脚14通过电容C4连接电源地；

所述数字芯片U1的引脚15通过电容C5连接电源地，所述数字芯片U1的引脚15还通过电阻R6连接所述电源电压VCC；所述数字芯片U1的引脚19通过电阻R4向所述外部主机上传所述解析结果，所述数字芯片U1的引脚20通过电阻R3从所述外部主机下载控制命令，所述数字芯片U1的引脚26连接所述电平信号M-POW INFO。

基于上述，该信号处理电路还包括温度补偿电路，所述温度补偿电路包括温度传感器U2、电阻R1、电阻R2、电容C1和电容C2，所述温度传感器U2为TC1047温度传感器芯片，电源电压VCC通过电容C1连接电源地，所述电源电压VCC还连接所述温度传感器U2的引脚1，所述温度传感器U2的引脚1通过所述电阻R1输出温度信号TEP给所述数字芯片U1的引脚5，所述温度传感器U2的引脚1还通过电阻R1分别连接所述电阻R2的一端和所述电容C2的一端，所述电阻R2的另一端接电源地和所述电容C2的另一端分别接电源地，所述温度传感器U2的引脚3连接接电源地。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，该处理电路使用较少的电器元器件，实现了对四电极有害气体传感器信号的模块化设计，有效降低了有害气体产品的开发周期以及开发成本，便于市场推广利用。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图。

图2为本实用新型中所述电平检测电路的电路图。

图3为本实用新型中所述供电电路的电路图。

图4为本实用新型的的所述参考电压生成电路的电路图。

图5为本实用新型的传感器信号处理电路。

图6为本实用新型的温度补偿电路图。

图7为本实用新型的数字信号处理电路。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种有害气体传感器的信号处理电路，包括传感器信号放大电路、数字信号处理电路、参考电压生成电路和电源管理电路；

所述参考电压生成电路用于生成所述传感器信号放大电路的参考电压，所述传感器信号放大电路接收并放大四电极有害气体传感器输出的电信号，并将放大后的电信号发送至所述数字信号处理电路；

所述数字信号处理电路将电信号转换为数字信号，并根据所述数字信号解析出当前有害气体的浓度值，再将解析结果发送至外部主机；

所述电源管理电路用于控制所述数字信号处理电路的工作状态以及向所述传感器信号放大电路、所述数字信号处理电路和所述参考电压生成电路提供电源电压。

具体的，所述电源管理电路分为电平检测电路和供电电路，如图2所示，所述电平检测电路包括三极管Q1，优选的，所述三极管为9013三极管；所述三极管Q1的基极通过电阻R10连接5V正电压，所述三极管Q1的基极还通过电阻R11连接所述三极管Q1的发射极，所述三极管Q1的发射极接电源地，所述三极管Q1的集电极通过上拉电阻R8连接电源电压VCC，所述三极管Q1的集电极还输出电平信号M-POW INFO。

当由外部+5V电源供电时，所述三极管Q1的输出电平M-Pow_Info为低电平，所述数字芯片U1检测到该低电平时，即可判断出当前为外部电源供电状态，所述数字芯片进入工作模式；当外部电源断开时，所述三极管Q1的输出电平M-Pow_Info为高电平，所述数字芯片U1检测到该高电平时，便可判断出当前为电池供电状态，从而进入低功耗待机模式。

所述供电电路用于向所述传感器信号放大电路、所述数字信号处理电路和所述参考电压生成电路提供电源电压。如图3所示，所述供电电路包括稳压器U3，优选的，所述稳压器U3为REF333X系列稳压器；正5V电源通过电容C6接电源地，正5V电源还连接所述稳压器U3的输入引脚1，所述稳压器U3的输出引脚2分别连接电池BT1的正极和二极管D1的阳极，所述电池BT1的负极连接电源地，所述二极管D1的阴极输出电源电压VCC，所述二极管D1的阴极通过电阻R7输出参考电压Vref-A，所述二极管D1的阴极还通过所述电阻R7分别连接电阻R9和电容C8，所述电阻R9和所述电容C8连接电源地，所述二极管D1的阴极通过电容C7连接电源地。

其中，所述二极管D1的目的是防止反向电流的出现，从而避免在电池供电时，电流反向灌入所述电源参考芯片U3中，增加功耗。

具体的，如图4所示，所述参考电压生成电路包括多个高精度分压电阻，省掉了使用专用电源芯片为电路提供参考电源的麻烦，同时也降低了电路的成本。所述电源电压VCC经电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35和电阻R36之间不同的组合后，生成参考电压VrefA和参考电压VrefB；同时所述参考电压VrefA经过所述运算放大器U4C运放与电阻R39组成的驱动电路后，也生成参考电压Vref-A，用于向所述数字信号处理电路提供参考电压。

具体的，如图5所示，所述传感器信号放大电路包括四电极有害气体传感器、传感器输出稳定电路、信号放大电路和断电电位平衡电路；其中，所述传感器信号放大电路中的所述运算放大器U4为LT3012，所述场效应管Q3和场效应管Q4均为J177，所述四电极有害气体传感器为B4系列传感器；所述B4系列传感器将有害气体转化为两路微弱的电信号，然后分别经由所述B4系列传感器的第二电极与第四电极输出至运算放大器U4B与运算放大器U4D运放的反相输入引脚，在所述参考电压VrefA和所述运算放大器U4B和所述运算放大器U4C的作用下，这两路微弱电信号输出两路信号“SIG”与“ZERO”。

所述B4系列传感器的第一电极、第二电极、所述参考电压VrefB和所述运算放大器U4的U4A共同形成传感器输出稳定电路。所述场效应管Q3与所述场效应管Q4组成断电电位平衡电路，用于在所述B4系列传感器断电的情况下为所述B4系列传感器提供电位平衡条件。

具体的，如图6所示，所述温度补偿电路是由温度传感器芯片U2加外围电路组成，所述温度传感器U2为TC1047温度传感器芯片，所述TC1047温度传感芯片实时输出与环境成线性关系的温度模拟量信号，所述温度模拟量信号经由电阻R1、电阻R2、电容C2组成的分压及滤波电路处理后，向所述数字处理电路提供环境中的温度信号值。

具体的，如图7所示，所述数字处理电路主要是由智能芯片U1构成，所述智能芯片U1为i2401芯片；所述数字芯片U1的模拟量采样端“SIG、ZERO”信号，是所述传感器信号放大电路输出的两组浓度模拟量信号，所述智能芯片U1的“TEP”信号为所述温度传感器输出的温度模拟量信号。

所述数字信号处理电路将浓度模拟量信号和温度模拟量信号转化为数字信号，并通过对所述数字信号的分析处理解析出当前有害气体的浓度值及进行温度补偿，最终将获取的浓度信号与上位机进行通讯。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。