一种用于陀螺仪的温度监测电路的制作方法

文档序号:11856674阅读:295来源:国知局

本实用新型涉及一种温度监测电路,具体是一种能够对多路温度信号进行采集监测的电路,属于信号采集处理技术领域。



背景技术:

模拟信号采集系统就是将微弱的模拟信号进行调理放大后转变的数字信号送给计算机或者其他处理器进行处理,以便对相关物理量进行监视,并在一定情况下用来作为控制外界的某些物理量依据。

现有技术中在需要进行多路采集时候往往选择输出信号为数字信号的传感器电路,这样可以利用处理器(常见的为单片机或者FPGA)丰富的端口资源对各路传感器信号进行采集。

然而在很多应用领域都需要对多路模拟信号进行同时采集与检测,例如在温度检测领域,很多高精度的温度传感器输出的电信号为模拟信号。

具体举例如下,在陀螺仪电路设计中存在以下问题:光纤陀螺仪的检测性能具有温度依赖性,外界环境温度的变动,会导致光纤陀螺零点位置的漂移和标度因子的不稳定,从而降低了光纤陀螺的检测精度,由于陀螺在运行时各方位温度不均匀,因此必须对多路温度传感器进行信号采集。

在该领域,AD590传感器是比较常规的选择,它产生一个同温度成比例变化的电流,具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点。与之相配合的就需要使用多片模数转换芯片对每路传感器输出的模拟信号进行模数转换并且处理器需要采集多片模数转换芯片的输出数据,这不仅硬件结构复杂(多片AD芯片),并且对处理器的端口资源浪费也比较大(处理器需要采集多片AD芯片的输出)。因此现有技术中需要一种硬件结构简单,并且节约处理器端口资源,整体开发难度小的陀螺仪温度检测电路。

此外,本领域技术人员还有必要考虑能否在实现温度监测功能的硬件基础上进一步实现简化整个陀螺仪电路的电路结构的技术目的。



技术实现要素:

针对现有技术存在的上述不足,本实用新型的目的是怎样提供一种能够有效对陀螺在运行时各方位温度进行测量,并且信号硬件结构简单,整体开发难度小,能够进一步简化整个陀螺仪电路结构复杂度的温度监测电路。

为了实现上述目的,本实用新型采用了以下的技术方案。

一种用于陀螺仪的温度监测电路,其特征在于:包括N个温度传感器、模拟开关、单片机;

所述模拟开关的各个输入输出口与N个温度传感器的输出端对应相连接;所述N的数量小于8;

模拟开关的公共口与弱信号放大模块的输入端相连接,弱信号放大模块的输出端与集成在单片机内部的模数转换模块的模拟信号输入端相连接;模拟开关的数控选择端与单片机的输出口相连接;

单片机通过SPI串行通信接口与FPGA处理器实现电连接,所述FPGA处理器为陀螺仪中央处理器;

FPGA的数据配置接口与单片机的输入输出口相连接。

进一步的,所述温度传感器采用AD590芯片。

相比现有技术,本实用新型具有如下优点:

(1)本实用新型中将温度传感器输出的模拟信号首先经模拟开关进行轮流选通,选通信号由处理器单片机发送,实现了将多路温度模拟信号转换为一路模拟信号的目的,进一步的将这一路温度模拟信号转换为数字信号便可以进行数字信号数据处理了,相比为每路温度模拟信号设置对应的模数转换模块的技术方案,具有能降低电路设计复杂度,节约硬件成本的优点;

(2)同时本实用新型选用内部集成有模数转换模块的单片机,这就省去了模数转换芯片的使用,这进一步简化了电路结构(当然这只适用于采集对象为不需要与单片机隔离的信号的应用领域)。

(3)本实用新型中单片机与陀螺仪的中央处理器(FPGA处理器)之间通过SPI串行通信接口实现通信连接,单片机可以把采集到的温度数据送往处理能力强大的FPGA处理器进行处理,单片机既作为一个有效的温度数据采集控制器又作为AD模块使用,因此本实用新型具有电路结构简单,并且能有效采集数据的优点。

(4)本实用新型中FPGA的数据配置接口与单片机的输入输出口相连接,单片机取代专用配置器件实现对FPGA的数据配置,因此具有能够简化整个陀螺仪电路部分的硬件结构。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构图;

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示,一种用于陀螺仪的温度监测电路,包括模拟开关和单片机;模拟开关采用CD4051芯片。CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关,有A、B和C三个二进制数控选通端,CD4051具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.5~20V的数字信号可控制峰峰值至20V的模拟信号三位二进制信号可以选通8通道中的一个通道,连接该输入端至公共端。

单片机选用内部集成有模数转换模块(目前常规单片机大多内部都集成有模数转换模块);

具体电路连接关系是:模拟开关的8个输入输出口为被采集模拟信号的输入口,被采集的模拟信号为温度传感器的输出信号;模拟开关的公共口与弱信号放大模块的输入端相连接,弱信号放大模块的输出端与集成在单片机内部的模数转换模块的模拟信号输入端相连接;模拟开关的数控选择端与单片机的输出口相连接。

弱信号放大模块根据需要可以选用各类型运放实现,现有技术中也存在将模拟信号经过DA转换器件的内部电阻网络实现放大作用,由于采用的是内部电阻,所以放大倍数比较精确,误差较小,这样可以更好地对输入信号进行精确的调理,从而使得采集的信号误差更小,此处不属于本实用新型改进点,因此不再赘述采用常规技术方案即可。

本实用新型工作原理如下:

被采集的温度传感器输出信号从模拟开关的8个输入输出口进入模拟开关,

单片机通过其输出口向模拟开关的数控选通端(A、B和C三个二进制数控选通端)发送选通信号可以分别选中第一输入输出口、第二输入输出口直至第八输入输出口,被选中的输入输出口被连接到公共端,例如当A、B和C信号为000时,第一输入输出口被选中,连接到公共,当A、B和C信号为001时,第二输入输出口被选中,连接到公共端COM。这样就实现了多路模拟信号轮流选通,被选通的模拟信号经由单片机内部的模数转换模块转换为数字信号后便可用于进行处理,以便对相关物理量进行监视。单片机还通过其串口实现与计算机的通信,单片机通过串口传送至计算机,这可满足对数据进行进行显示分析的需求。

此外,为了满足模拟信号路数大于8路的应用需求,也可以采用如下结构:设置N+1个模拟开关,第1至第N个模拟开关的输入输出口均作为模拟信号输入口,第1至第N个模拟开关的公共口与第N+1个模拟开关的各个输入输出口连接,第N+1个模拟开关的公共口与单片机的输入口相连接,每个模拟开关的数控选通端均与单片机的输出口相连接,如果单片机的输出口资源不足则利用端口扩展芯片进行扩展。

采用以上结构后便可以进一步扩展模拟信号输入路数,其原理与前述类似,具体为采用两级轮流选通:首先通过第N+1个模拟开关的数控选通端选中第1至第N个模拟开关之中的某一个,再通过被选中的模拟开关的数控选通端具体选中某一路模拟信号,当然N的数量不能大于8。

本实用新型包括的微控制器(单片机)也是一种常见的控制核心,其具有价格低廉,控制灵活,开发成本低等诸多优点,现有技术中将微控制器和FPGA同时应用到一个控制系统中双核控制模块已经在很多领域在中被使用,此外现有技术中还存在用微控制器为某些专用芯片(例如视频解码芯片SAA7113H)进行初始化配置的技术,这里我们用微控制器为FPGA这种半定制芯片进行设计数据的配置。具体的,FPGA的数据配置接口与单片机的输入输出口相连接实现配置接口设计。FPGA的数据配置接口包括:配置复位脚nCONFI、第一配置状态脚nSTATU、第二配置状态脚CONF_DON、配置数据传输脚DATA和配置时钟脚CLK;FPGA的数据配置接口的各个配置引脚分别与微控制器的一个输入输出口对应相连接。

微控制器是这样实现对FPGA进行配置的:利用单片机的程序存储区来存放FPGA配置数据.上电后由单片机控制实现对FPGA器件的数据配置,也即是采用被动配置模式,并且配置数据采用串行方式传送给FPGA。

最后说明的是,以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

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