无线扭矩信号采集和接收模块及其控制方法与流程

本发明涉及一种传感器信号采集设备，特别是涉及一种无线扭矩信号采集和接收模块及其控制方法。

背景技术：

传动轴的扭矩测试方式主要包括两种，一种是采用常规扭矩传感器，将扭矩传感器和被测轴相连，串联在传动路线中，由于扭矩传感器经过标定和检测，精度较高，输出信号为电压信号或频率信号，可以利用常规的通用数据采集设备进行采集，如研华科技的pci-1711和pci-1780采集卡。但是这种测试方式需要改动原传动结构，使传动结构的轴向距离增大，因此一般用于实验室的台架测试，例如北京中航科电测控技术股份有限公司的zh07系列扭矩传感器。

另一种扭矩测试方式是在被测轴上粘贴应变片，应变片与无线扭矩测试模块相连，测试模块将应变信号进行调理和采集后，通过无线通信方式发送至接收设备(测试设备或网关)。通常将无线扭矩测试模块的体积做的很小，由小型电池供电，常用的电池是6f22电池和3.7v方形锂电池，将无线扭矩测试模块和电池捆绑固定在被测轴上。由于不需要改变传动结构，适用于现场测试，例如车辆道路试验时的半轴扭矩测试。这种测试方式需要自行粘贴应变片和标定被测轴，精度偏低，需要经常更换电池，使用不便。市场上也有相应的产品，例如北京必创科技有限公司的tq201h型无线扭矩传感器节点，需配套相应的接收设备，即专用网关。

现有技术的缺陷是，无线扭矩采集模块的体积小，通常为密封结构，没有校准电路用于调零和调节增益(放大倍数)，由于应变片本身存在不平衡误差，若不进行调零，则不能充分利用ad转换器的参考电压范围，使用时对应变片的质量和粘贴工艺要求较高。各个厂家的采集模块和接收模块之间为双向通信，接收模块的外部通信接口一般为rs485或can总线，数据传输速率较低，扭矩信号更新频率一般在1khz以内，不能用于高动态扭矩应用场合。各个厂家的接收模块的通信接口及通信协议互不兼容，只能用于本公司的无线传感器模块，不具有通用性。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明的目的是提供一种无线扭矩信号采集和接收模块及其控制方法，其中无线接收模块的输出信号为电压信号，具有通用性；实现了无线采集模块远程调零和调节增益，可以在被测轴运转过程中标定。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种无线扭矩信号采集和接收模块，包括应变片，其关键在于，所述应变片连接有无线采集模块，无线采集模块无线连接有无线接收模块；

无线采集模块包括第一单片机，第一单片机经第一调理电路连接应变片；第一调理电路将应变片的扭矩信号调零和增益处理后发送第一单片机，第一单片机还连接有第一无线通信模块；

无线接收模块包括第二单片机，第二单片机连接有第二无线通信模块、以及第二调理电路；第二无线通信模块与第一无线通信模块无线连接；

第二单片机经第一单片机远程控制第一调理电路调零和调节增益；

第二单片机获取第一单片机的扭矩信号经第二调理电路放大输出。

本发明的结构分为采集和接收两个部分，采集部分包括应变片和无线采集模块，其中应变片粘贴在被测轴上，无线采集模块通过捆绑等方式固定在被测轴上，无线采集模块与应变片相连并采集扭矩信号，无线采集模块用于和无线接收模块进行通信，接收无线接收模块发来的调零或调节增益指令，并向无线接收模块发送采集得到的扭矩数据。

无线采集模块包括第一单片机，第一单片机经第一调理电路连接应变片；第一调理电路将应变片的扭矩信号调零和增益处理后发送第一单片机，第一单片机还连接第一无线通信模块。

接收部分包括无线接收模块，无线接收模块用于和无线采集模块进行通信，包括向无线采集模块发送调零和调节增益指令和接收无线采集模块发送的扭矩数据，无线接收模块将扭矩数据转换为电压信号并输出给测试仪器，测试仪器如数据采集卡等，测试仪器与计算机相连，并将数据传送给计算机。

无线接收模块包括第二单片机，第二单片机连接有第二无线通信模块、以及第二调理电路；第二无线通信模块与第一无线通信模块无线连接；

第二单片机经第一单片机远程控制第一调理电路调零和调节增益；

第二单片机获取第一单片机的扭矩信号经第二调理电路放大输出。

现有技术中的无线扭矩采集模块的体积小，通常为密封结构，没有校准电路用于调零和调节增益即调节放大倍数，由于应变片本身存在不平衡误差，若不进行调零，则不能充分利用ad转换器的参考电压范围，使用时对应变片的质量和粘贴工艺要求较高。需要在采集模块上设置调零旋钮和增益调节旋钮；不能实现远程调零和调节增益，不能在被测轴运转过程中标定。

本发明通过第二单片机经第一单片机远程控制第一调理电路调零和调节增益；不需要在无线采集模块上设置调零旋钮和增益调节旋钮；可以实现远程控制第一调理电路调零和调节增益，可以在被测轴运转过程中标定。

消除了应变片本身存在的不平衡误差，充分利用第一单片机的参考电压范围。

第一调理电路将应变片的扭矩信号调零和增益处理后发送第一单片机，第一单片机将扭矩信号转换为数字信号，通过第一无线通信模块、第二无线通信模块发送给第二单片机，第二单片机将数字信号转换为模拟信号，并经过第二调理电路放大输出给测试仪器和计算机，其中第二调理电路的输出信号为电压信号，具有通用性。

所述无线采集模块设置有电池；电池经第一电源电路为第一调理电路、第一单片机以及第一无线通信模块供电；

无线接收模块设置有第二电源电路、第二电源电路为第二调理电路、第二单片机以及第二无线通信模块供电；

所述第二调理电路经测试仪器连接有计算机。

通过上述的结构设置，无线采集模块采用电池供电，电池绑在被测轴上；无线接收模块通过第二电源电路供电，所述第二调理电路将放大后的扭矩信号经测试仪器发送给计算机，方便测试人员在计算机上观察和记录被测轴的扭矩信号。

所述第一调理电路包括差分放大电路和两路数字电位器，所述第一单片机连接两路数字电位器控制两路数字电位器的第一可变电阻输出调零信号，差分放大电路的第一差分信号输入端sin+连接应变片获取扭矩信号，差分放大电路的第二差分信号输入端sin-连接第一可变电阻获取调零信号；差分放大电路经其第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-连接第一单片机输出扭矩信号。

第一单片机可设置为运行模式和标定模式，在运行模式下，差分放大电路将应变片检测的扭矩信号放大处理后经其第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-连接第一单片机输出扭矩信号。

第一单片机还可设置为标定模式，在标定模式下，第一单片机可对差分放大电路采集的应变片的扭矩信号进行调零处理。在被测轴无扭矩的时候，通过第一单片机获取第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-的输出信号，如果两者的差值小于第一阈值，则在误差允许的范围内，不需要调零，如果两者的差值大于第一阈值，则需要进行调零，一是有利于提高测量精度，二是有利于充分利用第一单片机的ad转换器的转换范围。

两路数字电位器设置有第一可变电阻，第一单片机在标定模式下，无线接收第二单片机的调零指令后，控制两路数字电位器的第一可变电阻逐渐增大，第一可变电阻与差分放大电路连接输出调零信号，使第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-的输出信号的差值小于第一阈值，控制误差在允许范围内，则调零成功。

所述两路数字电位器的第一可变电阻经并联式调零半桥电路连接第二差分信号输入端sin-；

所述并联式调零半桥电路包括电阻r40、电阻r41、电阻r42以及电阻r43，电阻r40的一端连接基准电压，电阻r40的另一端经电阻r41连接电阻r42的一端，电阻r42的另一端接地；

第一可变电阻的调节端ad_w2连接电阻r40和电阻r41的公共端，电阻r40和电阻r41的公共端连接第二差分信号输入端sin-；第一可变电阻的固定端ad_b2经电阻r43接地。

所述两路数字电位器的第一可变电阻经并联式调零半桥电路连接差分放大电路，提高了调零的精度，其中电阻r43的阻值远远大于电阻r40、电阻r41、电阻r42，这样设计的效果是，第一可变电阻的电阻值从0到最大值之间变化而引起的调零半桥电路的信号变化幅度很小，提高了调零的精度。

所述第一差分信号输入端sin+连接二极管d1的正极，二极管d1的负极连接第二差分信号输入端sin-；第二差分信号输入端sin-连接二极管d2的正极，二极管d2的负极连接第一差分信号输入端sin+；第二差分信号输入端sin-还经电容c11连接第一差分信号输入端sin+。

为防止差分信号过大造成第一调理电路损坏，在差分信号两端之间并联两个反向的二极管d1和二极管d2，将差分信号的差值限制在单个二极管的压降范围内，二极管d1和二极管d2的选择型号为bat54s。

所述第一单片机连接两路数字电位器控制其第二可变电阻输出增益调节信号；第二可变电阻与差分放大电路连接调节其增益。

通过上述的结构设置，两路数字电位器设置有第二可变电阻，第二可变电阻与差分放大电路连接，第一单片机在标定模式下，无线接收第二单片机的增益增大指令或增益减小指令后，通过改变第二可变电阻的电阻值，调节差分放大电路的增益。

所述差分放大电路为两级差分放大电路，差分放大电路包括正向初级运放u4b、正向次级运放u5b、反向初级运放u4a、反向次级运放u5a；

正向初级运放u4b的同相输入端为第一差分信号输入端sin+；正向初级运放u4b的输出端经电阻r1连接正向初级运放u4b的反相输入端；

反向初级运放u4a的同相输入端作为第二差分信号输入端sin-；反向初级运放u4a的输出端经电阻r2连接反向初级运放u4a的反相输入端；

正向初级运放u4b的输出端连接正向次级运放u5b的同相输入端，正向次级运放u5b的输出端经电阻r3连接正向次级运放u5b的反相输入端，正向次级运放u5b的输出端作为第一差分信号输出端sout+；

反向初级运放u4a的输出端连接反向次级运放u5a的同相输入端；反向次级运放u5a的输出端经电阻r5连接反向次级运放u5a的反相输入端；反向次级运放u5a的输出端作为第二差分信号输出端sout-；

正向次级运放u5b的反相输入端经电阻r6连接反向次级运放u5a的反相输入端；

正向初级运放u4b的反相输入端还连接第二可变电阻的可调端ad_w1；第二可变电阻的固定端ad_b1连接反向初级运放u4a的反相输入端。

通过上述的两级差分放大电路可以对应变片的扭矩信号进行充分放大，正向初级运放u4b的同相输入端为第一差分信号输入端sin+连接应变片；

反向初级运放u4a的同相输入端作为第二差分信号输入端sin-连接并联式调零半桥电路接收调零信号；

正向初级运放u4b的反相输入端还连接第二可变电阻的可调端ad_w1；第二可变电阻的固定端ad_b1连接反向初级运放u4a的反相输入端。

调节第二可变电阻的阻值即可以调节差分放大电路的放大倍数即增益；

正向次级运放u5b的输出端作为第一差分信号输出端sout+；反向次级运放u5a的输出端作为第二差分信号输出端sout-；通过两者输出经过调零和增益处理后的扭矩信号传递给第一单片机。

所述第二可变电阻的固定端ad_b1经限流电阻r21连接反向初级运放u4a的反相输入端；

第一单片机连接有模式选择开关s11。

为防止两路数字电位器过流损坏，将用于调节增益的两路数字电位器的第二可变电阻与电阻r21串联使用，起到限流的作用。

通过模式选择开关s11可将第一单片机设置为标定模式或运行模式，在标定模式下，第一单片机可以接收第二单片机的调零指令、增益增大指令、增益减小指令，对差分放大电路调零或调节增益。

在运行模式下，第一单片机仅将应变片的扭矩信号传递给第二单片机，信号为单向传输，有利于提高传输扭矩信号的速率。

所述第二单片机设置有调零按键s1、增益增大按键s2、增益减小按键s3以及模式选择按键s4；

第二调理电路包括集成运放u8a和跟随运放u8b；第二单片机的信号输出端daout经电阻r12接地，信号输出端daout还连接集成运放u8a的同相输入端，集成运放u8a的反相输入端经电阻r14接地，集成运放u8a的输出端经电阻r13连接集成运放u8a的反相输入端；

集成运放u8a的输出端连接跟随运放u8b的同相输入端，跟随运放u8b的输出端连接跟随运放u8b的反相输入端，跟随运放u8b的输出端输出放大后的扭矩信号。

调零按键s1用于发送调零指令，增益增大按键s2用于发送增益增大指令；增益减小按键s3用于发送增益减小指令，模式选择按键s4用于将第二单片机设置于标定模式或运行模式，在标定模式可以向第一单片机发送调零指令、增益增大指令、增益减小指令，在运行模式仅限于接收第一单片机发送的扭矩信号，为单向传输，有利于提高传输扭矩信号的速率。

集成运放u8a将信号输出端daout输出的模拟信号进行放大，跟随运放u8b组成电压跟随器将放大后的模拟信号输出，减小后续设备对集成运放u8a的影响。

所述的无线扭矩信号采集和接收模块的控制方法，其关键在于：所述第一单片机设置有标定流程和运行流程；

所述标定流程包括如下步骤：

步骤a1：第一单片机判断是否有第二单片机的指令；如果有转步骤a2，如果没有转步骤a13；

步骤a2：第一单片机判断指令是否属于调零指令？如果是，转步骤a3，如果否转步骤a7；

步骤a3：第一单片机将增益由原值修改为最大值，即将用于调节增益的两路数字电位器的第二可变电阻的电阻值设置为0；

步骤a4：第一单片机采集第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-的信号，计算两者的差值；

步骤a5：第一单片机判断差值是否小于第一阈值；如果大于第一阈值，则调节两路数字电位器的第一可变电阻的电阻值，并返回步骤a4，如果没有超过第一阈值，则进入步骤a6；

步骤a6：第一单片机将增益恢复为原值；返回步骤a1；

步骤a7：第一单片机判断指令属于增益增大指令还是增益减小指令；如果是增益增大指令转步骤a8，如果属于增益减小指令转步骤a10；

步骤a8：第一单片机采集第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-的信号；

步骤a9：如果两者的差值大于第二阈值，则判断为溢出，发出报警信号，转步骤a1；否则减小两路数字电位器的第二可变电阻的电阻值；转步骤a1；

步骤a10：第一单片机增大两路数字电位器的第二可变电阻的电阻值；

步骤a11：第一单片机采集第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-的信号；

步骤a12：第一单片机判断如果两者的差值大于第二阈值，则判断为溢出，发出报警信号，转步骤a10；否则，转步骤a1；

步骤a13：第一单片机采集应变片的扭矩信号发送给第二单片机；转步骤a1；

将第一单片机的模式选择开关s11和第二单片机的模式选择按键s4都拨到标定模式，标定模式包括调零和调节增益两个功能。标定模式下，第一单片机执行标定流程；第一单片机和第二单片机之间为双向通信，第二单片机将调零按键s1、增益增大按键s2、增益减小按键s3的按键状态发送给第一单片机，第一单片机根据按键的指令进行调零和调节增益，并采集应变片的信号发送给第二单片机。

第一单片机在接收到调零指令后，则运行调零流程，使第一调理电路输出的差分信号，即第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-的信号之间的差值小于第一阈值，在允许范围内，即调零成功；

第一单片机在接收到增益调节指令，包括增益增大指令和增益减小指令后，则运行增益调节流程，使第一调理电路输出的差分信号，即第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-的信号之间的差值增大或减小。为了加快增益调节的过程，提出了“慢增+快减”的调节方式。“慢增”是指接收到增益增大指令时，如果信号没有溢出，增益只增大一步，如果信号溢出，则增益不变；“快减”是指接收到增益减小指令时，如果信号没有溢出，增益减小一步，如果信号溢出，则增益会一直减小，直至信号没有溢出。

运行流程包括如下步骤：

步骤b：第一单片机采集应变片的扭矩信号发送给第二单片机。

将第一单片机的模式选择开关模式选择开关s11和第二单片机的模式选择按键s4都拨到运行模式，第一单片机执行运行流程，在运行流程下，第一单片机仅将应变片的扭矩信号传递给第二单片机，信号为单向传输，有利于提高传输扭矩信号的速率。调零按键s1、增益增大按键s2、增益减小按键s3无效。

显著效果:本发明提供了一种无线扭矩信号采集和接收模块及其控制方法，其中无线接收模块的输出信号为电压信号，具有通用性；取消各个厂家互不兼容的rs485、can总线等通信接口；将工作模式分为标定模式和运行模式，在运行模式下，无线采集模块和无线接收模块为单向通信，信号采集和更新频率更高；实现了无线采集模块远程调零和调节增益，可以在被测轴运转过程中标定，取消了无线采集模块上的调零旋钮和增益调节旋钮。

附图说明

图1为本发明的模块结构图；

图2为第一单片机的电路图；

图3为第一电源电路的电路图；

图4为两路数字电位器的电路图；

图5为差分放大电路的电路图；

图6为第二单片机的电路图；

图7为第二电源电路的电路图；

图8为第二调理电路的电路图；

图9为调零按键s1、增益增大按键s2、增益减小按键s3以及模式选择按键s4的电路图。

图10为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-图10所示，一种无线扭矩信号采集和接收模块，包括应变片1，所述应变片1连接有无线采集模块2，无线采集模块2无线连接有无线接收模块3；

无线采集模块2包括第一单片机21，第一单片机21经第一调理电路22连接应变片1；第一调理电路22将应变片1的扭矩信号调零和增益处理后发送第一单片机21，第一单片机21还连接有第一无线通信模块23；

jp1为电源输入接口，两个引脚分别为电源和地。jp2为半桥应变片接口，三个引脚分别为参考电压vref、应变信号sin+、地。jp8为无线通信模块接口，与无线通信模块相连。jp4为程序下载口。

无线接收模块3包括第二单片机31，第二单片机31连接有第二无线通信模块32、以及第二调理电路33；第二无线通信模块32与第一无线通信模块23无线连接；

第二单片机31经第一单片机21远程控制第一调理电路22调零和调节增益；

第二单片机31获取第一单片机21的扭矩信号经第二调理电路33放大输出。

本发明的结构分为采集和接收两个部分，采集部分包括应变片1和无线采集模块2，其中应变片1粘贴在被测轴上，无线采集模块2通过捆绑等方式固定在被测轴上，无线采集模块2与应变片1相连并采集扭矩信号，无线采集模块2用于和无线接收模块3进行通信，接收无线接收模块3发来的调零或调节增益指令，并向无线接收模块3发送采集得到的扭矩数据。

无线采集模块2包括第一单片机21，第一单片机21经第一调理电路22连接应变片1；第一调理电路22将应变片1的扭矩信号调零和增益处理后发送第一单片机21，第一单片机21还连接第一无线通信模块23。第一无线通信模块23设置有无线通信芯片和天线；其电路图略。

接收部分包括无线接收模块3，无线接收模块3用于和无线采集模块2进行通信，包括向无线采集模块2发送调零和调节增益指令和接收无线采集模块2发送的扭矩数据，无线接收模块3将扭矩数据转换为电压信号并输出给测试仪器4，测试仪器4如数据采集卡等，测试仪器4与计算机5相连，并将数据传送给计算机5。

无线接收模块3包括第二单片机31，第二单片机31连接有第二无线通信模块32、以及第二调理电路33；第二无线通信模块32与第一无线通信模块23无线连接；第二无线通信模块32设置有无线通信芯片和天线；其电路图略。

第二单片机31经第一单片机21远程控制第一调理电路22调零和调节增益；

第二单片机31获取第一单片机21的扭矩信号经第二调理电路33放大输出。

现有技术中的无线扭矩采集模块的体积小，通常为密封结构，没有校准电路用于调零和调节增益即调节放大倍数，由于应变片1本身存在不平衡误差，若不进行调零，则不能充分利用ad转换器的参考电压范围，使用时对应变片1的质量和粘贴工艺要求较高。需要在采集模块上设置调零旋钮和增益调节旋钮；不能实现远程调零和调节增益，不能在被测轴运转过程中标定。

本发明通过第二单片机31经第一单片机21远程控制第一调理电路22调零和调节增益；不需要在无线采集模块2上设置调零旋钮和增益调节旋钮；可以实现远程控制第一调理电路22调零和调节增益，可以在被测轴运转过程中标定。

消除了应变片1本身存在的不平衡误差，充分利用第一单片机21的参考电压范围。

第一调理电路22将应变片1的扭矩信号调零和增益处理后发送第一单片机21，第一单片机21将扭矩信号转换为数字信号，通过第一无线通信模块23、第二无线通信模块32发送给第二单片机31，第二单片机31将数字信号转换为模拟信号，并经过第二调理电路33放大输出给测试仪器4和计算机5，其中第二调理电路33的输出信号为电压信号，具有通用性。

所述无线采集模块2设置有电池24；电池24经第一电源电路25为第一调理电路22、第一单片机21以及第一无线通信模块23供电；

无线接收模块3设置有第二电源电路34、第二电源电路34为第二调理电路33、第二单片机31以及第二无线通信模块32供电；

所述第二调理电路33经测试仪器4连接有计算机5。

第一电源电路25将输入电源电压降压后为其他电路供电，输入电压范围3.3-15v，兼容3.7v锂电池和9v电池。

第二电源电路34将输入电源电压降压后为其他电路供电，输入电压为5v，输出电压3.3v。

第二单片机31和第一单片机21选型为c8051f410。

通过上述的结构设置，无线采集模块2采用电池24供电，电池24绑在被测轴上；无线接收模块3通过第二电源电路34供电，所述第二调理电路33将放大后的扭矩信号经测试仪器4发送给计算机5，方便测试人员在计算机5上观察和记录被测轴的扭矩信号。

所述第一调理电路22包括差分放大电路221和两路数字电位器222，所述第一单片机21连接两路数字电位器222控制两路数字电位器222的第一可变电阻输出调零信号，差分放大电路221的第一差分信号输入端sin+连接应变片1获取扭矩信号，差分放大电路221的第二差分信号输入端sin-连接第一可变电阻获取调零信号；差分放大电路221经其第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-连接第一单片机21输出扭矩信号。

所选择的两路数字电位器222型号为ad5235bruz250。

第一单片机21可设置为运行模式和标定模式，在运行模式下，差分放大电路221将应变片1检测的扭矩信号放大处理后经其第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-连接第一单片机21输出扭矩信号。

第一单片机21还可设置为标定模式，在标定模式下，第一单片机21可对差分放大电路221采集的应变片1的扭矩信号进行调零处理。在被测轴无扭矩的时候，通过第一单片机21获取第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-的输出信号，如果两者的差值小于第一阈值，则在误差允许的范围内，不需要调零，如果两者的差值大于第一阈值，则需要进行调零，一是有利于提高测量精度，二是有利于充分利用第一单片机21的ad转换器的转换范围。

两路数字电位器222设置有第一可变电阻，第一单片机21在标定模式下，无线接收第二单片机31的调零指令后，控制两路数字电位器222的第一可变电阻逐渐增大，第一可变电阻与差分放大电路221连接输出调零信号，使第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-的输出信号的差值小于第一阈值，控制误差在允许范围内，则调零成功。

所述两路数字电位器222的第一可变电阻经并联式调零半桥电路连接第二差分信号输入端sin-；

所述并联式调零半桥电路包括电阻r40、电阻r41、电阻r42以及电阻r43，电阻r40的一端连接基准电压，电阻r40的另一端经电阻r41连接电阻r42的一端，电阻r42的另一端接地；

第一可变电阻的调节端ad_w2连接电阻r40和电阻r41的公共端，电阻r40和电阻r41的公共端连接第二差分信号输入端sin-；第一可变电阻的固定端ad_b2经电阻r43接地。

所述两路数字电位器222的第一可变电阻经并联式调零半桥电路连接差分放大电路221，提高了调零的精度，其中电阻r43的阻值远远大于电阻r40、电阻r41、电阻r42，这样设计的效果是，第一可变电阻的电阻值从0到最大值之间变化而引起的调零半桥电路的信号变化幅度很小，提高了调零的精度。

并联式调零半桥电路，如图5所示，上桥臂为电阻r40，下桥臂由两个分支并联组成，其中一个分支由两个串联的电阻r41、电阻r42组成，另一个分支由两路数字电位器222的第一可变电阻和电阻r43串联组成，电阻r43的阻值远远大于电阻r40、电阻r41、电阻r42，这样设计的效果是，第一可变电阻从0到最大值之间变化而引起的调零半桥信号的变化幅度很小，提高了调零的精度。如图5中所示，优选地，电阻r40为2000欧姆、电阻r41为22欧姆、电阻r42为2000欧姆，电阻r43为120000欧姆，当两路数字电位器222的第一可变电阻的电阻值从0到250000之间变化时，调零半桥信号相对变化幅度不到0.6％。

所述第一差分信号输入端sin+连接二极管d1的正极，二极管d1的负极连接第二差分信号输入端sin-；第二差分信号输入端sin-连接二极管d2的正极，二极管d2的负极连接第一差分信号输入端sin+；第二差分信号输入端sin-还经电容c11连接第一差分信号输入端sin+。

为防止差分信号过大造成第一调理电路22损坏，在差分信号两端之间并联两个反向的二极管d1和二极管d2，将差分信号的差值限制在单个二极管的压降范围内，二极管d1和二极管d2的选择型号为bat54s。

所述第一单片机21连接两路数字电位器222控制其第二可变电阻输出增益调节信号；第二可变电阻与差分放大电路221连接调节其增益。

通过上述的结构设置，两路数字电位器222设置有第二可变电阻，第二可变电阻与差分放大电路221连接，第一单片机21在标定模式下，无线接收第二单片机31的增益增大指令或增益减小指令后，通过改变第二可变电阻的电阻值，调节差分放大电路221的增益。

所述差分放大电路221为两级差分放大电路，差分放大电路221包括正向初级运放u4b、正向次级运放u5b、反向初级运放u4a、反向次级运放u5a；

正向初级运放u4b的同相输入端为第一差分信号输入端sin+；正向初级运放u4b的输出端经电阻r1连接正向初级运放u4b的反相输入端；

反向初级运放u4a的同相输入端作为第二差分信号输入端sin-；反向初级运放u4a的输出端经电阻r2连接反向初级运放u4a的反相输入端；

正向初级运放u4b的输出端连接正向次级运放u5b的同相输入端，正向次级运放u5b的输出端经电阻r3连接正向次级运放u5b的反相输入端，正向次级运放u5b的输出端作为第一差分信号输出端sout+；

反向初级运放u4a的输出端连接反向次级运放u5a的同相输入端；反向次级运放u5a的输出端经电阻r5连接反向次级运放u5a的反相输入端；反向次级运放u5a的输出端作为第二差分信号输出端sout-；

正向次级运放u5b的反相输入端经电阻r6连接反向次级运放u5a的反相输入端；

正向初级运放u4b的反相输入端还连接第二可变电阻的可调端ad_w1；第二可变电阻的固定端ad_b1连接反向初级运放u4a的反相输入端。

通过上述的两级差分放大电路可以对应变片1的扭矩信号进行充分放大，正向初级运放u4b的同相输入端为第一差分信号输入端sin+连接应变片1；

反向初级运放u4a的同相输入端作为第二差分信号输入端sin-连接并联式调零半桥电路接收调零信号；

正向初级运放u4b的反相输入端还连接第二可变电阻的可调端ad_w1；第二可变电阻的固定端ad_b1连接反向初级运放u4a的反相输入端。

调节第二可变电阻的阻值即可以调节差分放大电路221的放大倍数即增益；

正向次级运放u5b的输出端作为第一差分信号输出端sout+；反向次级运放u5a的输出端作为第二差分信号输出端sout-；通过两者输出经过调零和增益处理后的扭矩信号传递给第一单片机21。

所述第二可变电阻的固定端ad_b1经限流电阻r21连接反向初级运放u4a的反相输入端；

第一单片机21连接有模式选择开关s11。

为防止两路数字电位器222过流损坏，将用于调节增益的两路数字电位器222的第二可变电阻与电阻r21串联使用，起到限流的作用。

通过模式选择开关s11可将第一单片机21设置为标定模式或运行模式，在标定模式下，第一单片机21可以接收第二单片机31的调零指令、增益增大指令、增益减小指令，对差分放大电路221调零或调节增益。

在运行模式下，第一单片机21仅将应变片1的扭矩信号传递给第二单片机31，信号为单向传输，有利于提高传输扭矩信号的速率。

所述第二单片机31设置有调零按键s1、增益增大按键s2、增益减小按键s3以及模式选择按键s4；

第二调理电路33包括集成运放u8a和跟随运放u8b；第二单片机31的信号输出端daout经电阻r12接地，信号输出端daout还连接集成运放u8a的同相输入端，集成运放u8a的反相输入端经电阻r14接地，集成运放u8a的输出端经电阻r13连接集成运放u8a的反相输入端；

集成运放u8a的输出端连接跟随运放u8b的同相输入端，跟随运放u8b的输出端连接跟随运放u8b的反相输入端，跟随运放u8b的输出端输出放大后的扭矩信号。

调零按键s1用于发送调零指令，增益增大按键s2用于发送增益增大指令；增益减小按键s3用于发送增益减小指令，模式选择按键s4用于将第二单片机31设置于标定模式或运行模式，在标定模式可以向第一单片机21发送调零指令、增益增大指令、增益减小指令，在运行模式仅限于接收第一单片机21发送的扭矩信号，为单向传输，有利于提高传输扭矩信号的速率。

集成运放u8a将信号输出端daout输出的模拟信号进行放大，跟随运放u8b组成电压跟随器将放大后的模拟信号输出，减小后续设备对集成运放u8a的影响。

所述的无线扭矩信号采集和接收模块的控制方法，其关键在于：所述第一单片机21设置有标定流程和运行流程；

所述标定流程包括如下步骤：

步骤a1：第一单片机21判断是否有第二单片机31的指令；如果有转步骤a2，如果没有转步骤a13；

步骤a2：第一单片机21判断指令是否属于调零指令？如果是，转步骤a3，如果否转步骤a7；

步骤a3：第一单片机21保存增益的原值，第一单片机21将增益由原值修改为最大值，即将用于调节增益的两路数字电位器222的第二可变电阻的电阻值设置为0；

步骤a4：第一单片机21采集第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-的信号，计算两者的差值；

步骤a5：第一单片机21判断差值是否小于第一阈值；如果大于第一阈值，则调节两路数字电位器222的第一可变电阻的电阻值，并返回步骤a4，如果没有超过第一阈值，则进入步骤a6；

步骤a6：第一单片机21将增益恢复为原值；返回步骤a1；

步骤a7：第一单片机21判断指令属于增益增大指令还是增益减小指令；如果是增益增大指令转步骤a8，如果属于增益减小指令转步骤a10；

步骤a8：第一单片机21采集第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-的信号；

步骤a9：如果两者的差值大于第二阈值，则判断为溢出，发出报警信号，转步骤a1；否则减小两路数字电位器222的第二可变电阻的电阻值；转步骤a1；

步骤a10：第一单片机21增大两路数字电位器222的第二可变电阻的电阻值；

步骤a11：第一单片机21采集第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-的信号；

步骤a12：第一单片机21判断如果两者的差值大于第二阈值，则判断为溢出，发出报警信号，转步骤a10；否则，转步骤a1；

第一单片机21可通过发光二极管、蜂鸣器发出报警信号；

步骤a13：第一单片机21采集应变片1的扭矩信号发送给第二单片机31；转步骤a1；

将第一单片机21的模式选择开关s11和第二单片机31的模式选择按键s4都拨到标定模式，标定模式包括调零和调节增益两个功能。标定模式下，第一单片机21执行标定流程；第一单片机21和第二单片机31之间为双向通信，第二单片机31将调零按键s1、增益增大按键s2、增益减小按键s3的按键状态发送给第一单片机21，第一单片机21根据按键的指令进行调零和调节增益，并采集应变片1的信号发送给第二单片机31。

第一单片机21在接收到调零指令后，则运行调零流程，使第一调理电路22输出的差分信号，即第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-的信号之间的差值小于第一阈值，在允许范围内，即调零成功；

第一单片机21在接收到增益调节指令，包括增益增大指令和增益减小指令后，则运行增益调节流程，使第一调理电路22输出的差分信号，即第一差分信号输出端sout+和第二差分信号输出端sout-的信号之间的差值增大或减小。为了加快增益调节的过程，提出了“慢增+快减”的调节方式。“慢增”是指接收到增益增大指令时，如果信号没有溢出，增益只增大一步，如果信号溢出，则增益不变；“快减”是指接收到增益减小指令时，如果信号没有溢出，增益减小一步，如果信号溢出，则增益会一直减小，直至信号没有溢出。

运行流程包括如下步骤：

步骤b：第一单片机21采集应变片1的扭矩信号发送给第二单片机31。

将第一单片机21的模式选择开关模式选择开关s11和第二单片机31的模式选择按键s4都拨到运行模式，第一单片机21执行运行流程，在运行流程下，第一单片机21仅将应变片1的扭矩信号传递给第二单片机31，信号为单向传输，有利于提高传输扭矩信号的速率。调零按键s1、增益增大按键s2、增益减小按键s3无效。

优选地，第一单片机21采集sout+和sout-两路电压信号，计算两者的差值来确定扭矩的正负和扭矩的大小。在两次发送数据的间隔时间内，采集若干次信号，统一发送，为无线接收模块3提供更多的扭矩变化信息，可采集4组数据，进行一次发送。

优选地，第二单片机31将读取的应变信号转换为电压输出，具有通用性，取消各个厂家互不兼容的通信接口。输出电压信号需要da转换器，可以采用专用的da芯片，也可以采用带有da功能的单片机，这里选择的c8051f410内部集成了2个12bit电流型da转换器。为了提高输出信号的精度，将两个da转换器的量程分别设置为最大量程和最小量程，分别为2ma和0.25ma，并联输出，等效为量程2.25ma、15bit分辨率的da转换器，分辨率提高了8倍。

优选地，当扭矩动态变化时，如果第一单片机21每接收到一次数据，就更新一次输出信号，则输出信号为阶梯状，不平顺。为了使输出信号更加平顺，则利用接收到的数据中的多组历史数据对输出信号变化曲线进行预测，在接收到下次数据之前，按照预测曲线连续输出信号，同时限制输出信号的变化率，加上硬件电路滤波，使输出电压曲线为平顺变化。能够提高输出信号平顺性。

所述，第二无线通信模块32与第一无线通信模块23频率可调，设置有单独的通信频段；当需要采集多路扭矩信号时，需要相应数量的无线采集模块2无线连接有无线接收模块3，每一路扭矩信号需要一个无线采集模块2无线连接有无线接收模块3配对使用，并设置为单独的通信频段，避免通信冲突。现有的市场上的无线扭矩传感器的通信频段是共用的，采集多路扭矩信号时，则信号采集频率会成倍下降。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。