一种基于c8051单片机的低频微弱信号检测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，包括基于C8051芯片的单片机、电源模块、信号采集模块，所述基于C8051芯片的单片机分别与电源模块、信号采集模块连接，内部集成设置有数字运算放大器和滤波器。本基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，通过基于C8051单片机的内部集成，可根据外部信号强度灵活调节，简化了设计，增加了设计灵活性；通过优化电源结构，有利于减小干扰，保证了信号检测的高精度，具有设计简单、调节灵活、检测精度高、应用范围广等特点。
【专利说明】
一种基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及信号处理领域，具体地，涉及一种基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置。【背景技术】
[0002]随着科学技术和生产的快速发展，需要测量物理量的微小变化。例如:微弱电压或电流，微弱的光等等。特别是在极端条件下的微弱信号的测量，已经成为深化认识自然，开拓新材料，创造新器件的基础。一般来讲，很多非电量的微小变化都是可以通过传感器变成电信号然后进行放大，显示或记录。由于这些微小量的变化通过传感器转换成的电信号十分微弱。对于这些微弱信号的检测，噪声和干扰是主要矛盾。噪声本身所具有的电压可能把有用的微弱信号深深地淹没掉。除了噪声以外，还有一些人为干扰和自然界的干扰。这些干扰和噪声来自于测量系统的外部。原则上可以采用电子屏蔽的方法使降到最小。但是，在实际工作中，要消除这些干扰或噪声，也不是轻而易举的事。
[0003]微弱信号检测技术就是要研究、观察、记录科研和生产中各种物理量的微小变化， 解决在噪声或干扰中检测有用的微弱信号问题。一个放大器或者一个信号检测系统的作用就是在存在噪声和大量的干扰背景中选出有用的信号。然而，对于一般的放大器而言，由于噪声、干扰和信号混在一起，因此它将无用的噪声、干扰和有用的信号一起放大。只有当有用的信号大于噪声或干扰的情况下，这种放大器或者信号检测系统才能作为检测的有用工具。如果无用的噪声或干扰大于有用信号，通过放大器或者检测系统之后，不但不能提取到有用信号。放大器的输出还加进了放大器本身的噪声，使信号完全被噪声淹没得更深。即使将放大器视为理想的放大器，即不考虑放大器本身的噪声，也不过只能维持放大器输入端的信噪比。因为这种放大器并没有从信号和噪声本身的特性出发，而只能从信号和噪声共有的特性平均功率的大小来区分信号和噪声。只有从信号和噪声的特性出发，针对信号和噪声的不同特性，充分利用它们本身的特性的基础上拟订检测方法，才是最有效的，才有可能从噪声中检测信号。现有微弱信号采集系统，一般由模拟信号叠加背景噪声的加法器模块、模拟信号衰减的纯电阻分压网络模块、基于锁相放大的微弱信号检测电路模块、基于核心控制器的幅值检测模块共同组成，整个系统设计复杂，成本高，而且稳定性差。【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:一种基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，包括基于C8051芯片的单片机、电源模块、信号采集模块，所述基于C8051 芯片的单片机分别与电源模块、信号采集模块连接，内部集成设置有数字运算放大器和滤波器。采用内部数字放大器替代外部放大电路模块和滤波器模块，可根据外部信号强度灵活调节，不仅简化了设计，更增加了设计的灵活性。
[0006]优选的，所述单片机内部集成设置有24位高精度差分ADC转换器，从而可采集微弱的正电压或负电压差分信号，或正电压的单端信号。
[0007]优选的，所述信号采集模块包括差分信号采集电路，所述每个差分信号采集电路均设有两个输入口。这样，第一输入口可高于第二输出口电压，也可以低于第二输出口电压，设计更灵活，且可以采集负电压信号。
[0008]优选的，所述信号采集模块包括单端信号采集电路。单端信号采集电路输入单端正电压信号，增加了检测的灵活性多样性。
[0009]优选的，所述电源模块采用低噪声电源供电，如电池。通过保证电源的稳定性和较小的电源纹波，以保证微弱信号采集的精度。
[0010]优选的，所述电源模块包括升压电路，所述升压电路通过接口与电源连接，与电源输出接口连接。采用升压电路给外部设备供电，能大大降低电源纹波，从电源上减小系统纹波。
[0011]优选的，所述电源模块包括稳压电路、滤波电路，所述稳压电路通过接口与电源连接，与滤波电路连接，所述滤波电路与单片机连接，以减小电源纹波。
[0012]优选的，所述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置包括存储电路，所述存储电路与单片机连接。在高速数据采集过程中，如果同时兼顾数据处理或数据传输，会导致AD 采集时数据波动，因此在数据采集过程中，不进行数据传输，而是将数据存入缓存，数据采集一段时间后再进行上传。
[0013]优选的，所述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置设有内部基准接口，所述内部基准接口与单片机连接。内部基准接口具有一定的驱动能力，且可以作为外部信号的基准电源，省去了电源基准电路，且电路内外可以使用同一电源基准提高了 AD转换的精度。 [〇〇14]优选的，所述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置包括指示电路，所述指示电路与单片机连接，以指示检测装置的工作状态情况。
[0015]优选的，所述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置设有下载接口，所述下载接口与单片机连接，从检测装置下载采集的数据。
[0016]优选的，所述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置设有通信接口，所述通信接口与单片机连接，实现检测装置与外部的数据传输。
[0017]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:本基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，通过基于C8051单片机的内部集成，可根据外部信号强度灵活调节，简化了设计， 增加了设计灵活性;通过优化电源结构，有利于减小干扰，保证了信号检测的高精度，具有设计简单、调节灵活、检测精度高、应用范围广等特点。【附图说明】
[0018]图1为本实用新型实施例的结构组成方框图；
[0019]图2a、2b分别为本实用新型实施例稳压电路、电池接口部分电路图；
[0020]图3为本实用新型实施例滤波电路部分电路图；[0021 ]图4a、4b分别为本实用新型实施例内部基准接口、电源输出接口部分电路图；
[0022]图5为本实用新型实施例升压电路部分电路图；
[0023]图6为本实用新型实施例单片机及其相关接口部分电路图；
[0024]图7a、7b分别为本实用新型实施例存储电路、指示电路部分电路图。【具体实施方式】
[0025]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。[〇〇26]参照图1所示，一种基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，包括基于C8051芯片的单片机、电源模块、信号采集模块，所述基于C8051芯片的单片机分别与电源模块、信号采集模块连接，内部集成设置有数字运算放大器和滤波器。采用内部数字放大器替代外部放大电路模块和滤波器模块，可根据外部信号强度灵活调节，不仅简化了设计，更增加了设计的灵活性。所述单片机内部集成设置有24位高精度差分ADC转换器，从而可采集微弱的正电压或负电压差分信号，或正电压的单端信号。[〇〇27]参照图1、图7所示，所述信号采集模块包括差分信号采集电路，图中，三个差分信号采集电路分别由输入接口 P11-P13、限流电阻R11-R16、滤波电容C11-C16连接组成。每个输入接口均设有两个输入口，第一输入口可高于第二输出口电压，也可以低于第二输出口电压，设计更灵活，且可以采集负电压信号。所述信号采集模块包括单端信号采集电路，两个单端信号采集电路分别由输入接口 P14-P15、限流电阻R17-R18、滤波电容C17-C18连接组成。单端信号采集电路可输入单端正电压信号，增加了检测的灵活性多样性。[〇〇28]参照图1-图7b所示的电路图，所述电源模块采用电池供电，电池通过电池接口P2 与升压电路U31连接，所述升压电路U31包括滤波电容C32、C35，升压电路工作电容C33、C34。 升压电路U31通过电源输出接口 P3给外部信号提供稳定的电源。所述电源模块包括稳压电路U2、滤波电路P1，所述稳压电路U2包括滤波电容Cl、C2，稳压电路U2通过电池接口 P2与电池连接，稳压电路U2与滤波电路P1连接，所述滤波电路P1与单片机U1连接。滤波电路P1包括滤波电感L1、L2，滤波电容C4、C5、C6、C7。进一步的，这里滤波电路P1通过UART串口接口与单片机U1连接。[〇〇29]所述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置包括存储电路U21，所述存储电路 U21与单片机U1连接，存储电路U21包括上拉电阻R21、R22。进一步的，这里存储电路U21通过 SPI接口与单片机U1连接，以高速存储大容量数据。
[0030]所述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置设有内部基准接口 P5,所述内部基准接口 P5与单片机U1连接。内部基准接口P5具有一定的驱动能力，且可以作为外部信号的基准电源，省去了电源基准电路，且电路内外可以使用同一电源基准提高了 AD转换的精度。
[0031]所述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置包括指示电路，所述指示电路与单片机U1连接，包括限流电阻R2、R3,发光二极管D1、D2,用作状态指示。[〇〇32]所述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置设有下载接口 P4,所述下载接口 P4与单片机U1连接，从检测装置下载采集的数据。所述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置设有模拟地和数字地的隔离电阻R4。[〇〇33]所述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置设有通信接口，所述通信接口与单片机U1连接，实现检测装置与外部的数据传输。
[0034]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言， 可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，其特征在于，包括基于C8051芯片 的单片机、电源模块、信号采集模块，所述基于C8051芯片的单片机分别与电源模块、信号采 集模块连接，内部集成设置有数字运算放大器和滤波器。2.根据权利要求1所述的基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，其特征在于，所 述单片机内部集成设置有24位高精度差分ADC转换器。3.根据权利要求2所述的基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，其特征在于，所 述信号采集模块包括差分信号采集电路，所述差分信号采集电路设有两个输入口。4.根据权利要求3所述的基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，其特征在于，所 述信号采集模块包括单端信号采集电路。5.根据权利要求4所述的基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，其特征在于，所 述电源模块包括升压电路，所述升压电路通过接口与电源连接，与电源输出接口连接。6.根据权利要求5所述的基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，其特征在于，所 述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置包括存储电路，所述存储电路与单片机连接。7.根据权利要求6所述的基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，其特征在于，所 述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置设有内部基准接口，所述内部基准接口与单 片机连接。8.根据权利要求7所述的基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，其特征在于，所 述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置包括指示电路，所述指示电路与单片机连接。9.根据权利要求8所述的基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，其特征在于，所 述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置设有下载接口，所述下载接口与单片机连接。10.根据权利要求9所述的基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置，其特征在于，所 述基于C8051单片机的低频微弱信号检测装置设有通信接口，所述通信接口与单片机连接。
【文档编号】G05B19/042GK205679951SQ201620552352
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月8日 公开号201620552352.2, CN 201620552352, CN 205679951 U, CN 205679951U, CN-U-205679951, CN201620552352, CN201620552352.2, CN205679951 U, CN205679951U
【发明人】张静
【申请人】湖北文理学院