土壤酸碱度信号采集电路和电子设备的制作方法

本实用新型属于电路技术领域，尤其涉及一种土壤酸碱度信号采集电路和电子设备。

背景技术：

普通pH传感器的输出信号一般为幅值很小的负电压信号，输出信号一般为-200mV至-300mV的电压信号。由于普通单片机无法直接读取幅值微小的负电压信号，因此，亟待研制一种对pH传感器输出的微小负电压信号进行适当处理的电路，从而使pH传感器检测的土壤酸碱度信号能够被单片机等处理器读取和识别。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种土壤酸碱度信号采集电路和电子设备，以解决现有技术中pH传感器检测的土壤酸碱度信号不能被单片机等处理器读取和识别的问题。

根据第一方面，本实用新型实施例提供了一种土壤酸碱度信号采集电路，包括：pH传感器，以及用于对所述pH传感器输出的第一原始检测信号和第二原始检测信号进行差分放大处理的差分放大单元；用于对所述差分放大单元输出的两路信号进行减法处理的减法单元；用于对所述减法单元输出的信号进行放大处理的放大单元；分别为所述差分放大单元、减法单元和放大单元供电的电源单元。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述差分放大单元包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、可调电阻RP1、放大器U2A和放大器U2B；所述放大器U2A的同相输入端经所述电阻R1连接所述pH传感器的第一输出端，并接收所述pH传感器输出的第一原始检测信号；所述放大器U2A的输出端经所述电阻R3与所述放大器U2A的反相输入端连接；所述放大器U2A的输出端输出第一检测信号；所述放大器U2B的同相输入端经所述电阻R2连接所述pH传感器的第二输出端，并接收所述pH传感器输出的第二原始检测信号；所述放大器U2B的输出端经所述电阻R4与所述放大器U2B的反相输入端连接；所述放大器U2B的输出端输出第二检测信号；所述可调电阻RP1连接在所述放大器U2A的反相输入端和所述放大器U2B的反相输入端之间。

结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述减法单元包括：放大器U3A、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；所述放大器U3A的反相输入端经所述电阻R5接收所述差分放大单元输出的第一检测信号；所述放大器U3A的输出端经所述电阻R7与所述放大器U3A的反相输入端连接；所述放大器U3A的同相输入端经所述电阻R6接收所述差分放大单元输出的第二检测信号；所述放大器U3A的同相输入端经所述电阻R8接地；所述放大器U3A的输出端输出差值检测信号。

结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，所述放大单元包括：放大器U4A、电阻R9和可调电阻RP2；所述放大器U4A的反相输入端经所述电阻R9接收所述减法单元输出的差值检测信号；所述放大器U4A的输出端经所述可调电阻RP2与所述放大器U4A的反相输入端连接；所述放大器U4A的输出端输出放大检测信号。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述放大单元还包括：电阻R10、电阻R11、电容C11和电容C15；所述电阻R10的一端与所述放大器U4A的输出端连接，所述电阻R10的另一端与所述电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端输出所述放大检测信号；所述电容C11连接在所述电阻R10和电阻R11的连接点与地之间；所述电容C15连接在所述电阻R11的另一端与地之间。

结合第一方面第三或第四实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述放大单元还包括：偏移电压子单元，所述偏移电压子单元输出的偏移电压输入所述放大器U4A的同相输入端。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述偏移电压子单元包括：电阻R12、电阻R13、可调电阻RP3和稳压器U5；所述电阻R12、电阻R13和可调电阻RP3串联后连接在所述电源单元和地之间；所述稳压器U5的电压输出端与所述电阻R12和所述电阻R13的连接点连接；所述可调电阻RP3的动臂输出所述偏移电压。

根据第二方面，本实用新型实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括如第一方面或第一方面任一实施方式所述的土壤酸碱度信号采集电路。

本实用新型实施例提供的土壤酸碱度信号采集电路和电子设备，通过差分放大单元将pH传感器检测的两路原始检测信号进行首次差分放大和增益调节，使原始检测信号得到一定倍数放大；此后，通过减法单元得到两路检测信号的差值，从而将负电压信号转化为正电压信号；由于差值检测信号仍存在幅值较小的问题，通过放大单元对差值检测信号进行增益调节，从而使本实用新型实施例提供的土壤酸碱度信号采集电路最终输出的放大检测信号能够适应普通单片机的采集范围，从而被单片机读取和识别，解决了现有技术中pH传感器检测的土壤酸碱度信号不能被单片机等处理器读取和识别的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的土壤酸碱度信号采集电路的一个具体示例的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的土壤酸碱度信号采集电路中电源单元的一个具体示例的电路原理图；

图3是本实用新型实施例提供的土壤酸碱度信号采集电路中差分放大单元的一个具体示例的电路原理图；

图4是本实用新型实施例提供的土壤酸碱度信号采集电路中减法单元的一个具体示例的电路原理图；

图5是本实用新型实施例提供的土壤酸碱度信号采集电路中放大单元的一个具体示例的电路原理图；

图6是本实用新型实施例提供的土壤酸碱度信号采集电路中偏移电压子单元的一个具体示例的电路原理图；

图7是本实用新型实施例提供的电子设备的一个具体示例的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本实用新型实施例提供了一种土壤酸碱度信号采集电路，如图1所示，该土壤酸碱度信号采集电路100可以包括：pH传感器101、差分放大单元102、减法单元103、放大单元104和电源单元105。其中，电源单元105分别为差分放大单元102、减法单元103和放大单元104供电。pH传感器101、差分放大单元102、减法单元103和放大单元104依次顺序连接，其工作过程如下：

差分放大单元102接收pH传感器输出的第一原始检测信号PH-和第二原始检测信号PH+，并对第一原始检测信号PH-和第二原始检测信号PH+进行差分放大处理，对应生成第一检测信号V_o和第二检测信号V+o。

减法单元103接收第一检测信号V_o和第二检测信号V+o，并对第一检测信号V_o和第二检测信号V+o进行减法处理，生成差值检测信号V1_o。

放大单元104接收差值检测信号V1_o，并对差值检测信号V1_o进行放大处理，输出放大检测信号VO_PH。

本实用新型实施例提供的土壤酸碱度信号采集电路，通过差分放大单元将pH传感器检测的两路原始检测信号进行首次差分放大和增益调节，使原始检测信号得到一定倍数放大；此后，通过减法单元得到两路检测信号的差值，从而将负电压信号转化为正电压信号；由于差值检测信号仍存在幅值较小的问题，通过放大单元对差值检测信号进行增益调节，从而使本实用新型实施例提供的土壤酸碱度信号采集电路最终输出的放大检测信号能够适应普通单片机的采集范围，从而被单片机读取和识别，解决了现有技术中pH传感器检测的土壤酸碱度信号不能被单片机等处理器读取和识别的问题。

差分放大单元102、减法单元103和放大单元104中均包含放大器。由于放大器需要正负直流电源驱动，因此，在一具体实施方式中，如图2所示，电源单元105采用稳压器U1将正直流电源转化为负直流电源，从而为差分放大单元102、减法单元103和放大单元104中的各个放大器提供正负电源驱动。如图2所示，稳压器U1的电源输入端VIN与正直流电压源VCC连接，同时正直流电压源VCC经电感Bd1输出可接入放大器的正直流电压VCC'；稳压器U1的电源输出端VOUT输出负直流电压-VCC，负直流电压-VCC经电感Bd2输出可接入放大器的负直流电压-VCC'。在实际应用中，可以选用MAX660ESA型稳压器作为图2中的稳压器U1。

在一具体实施方式中，如图3所示，差分放大单元102可以包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、可调电阻RP1、放大器U2A和放大器U2B。具体的，放大器U2A的同相输入端经电阻R1接收pH传感器101输出的第一原始检测信号PH-；放大器U2A的输出端经电阻R3与放大器U2A的反相输入端连接；放大器U2A的输出端输出第一检测信号V_o。

放大器U2B的同相输入端经电阻R2接收pH传感器101输出的第二原始检测信号PH+；放大器U2B的输出端经电阻R4与放大器U2B的反相输入端连接；放大器U2B的输出端输出第二检测信号V+o。可调电阻RP1的一端及其动臂与放大器U2A的反相输入端连接，可调电阻RP1的另一端与放大器U2B的反相输入端连接。通过调节可调电阻RP1，可以实现对差分放大单元102的增益调节。

在另一具体实施方式中，如图4所示，减法单元103可以包括：放大器U3A、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8。具体的，放大器U3A的反相输入端经电阻R5接收差分放大单元102输出的第一检测信号V_o；放大器U3A的输出端经电阻R7与放大器U3A的反相输入端连接。放大器U3A的同相输入端经电阻R6接收差分放大单元102输出的第二检测信号V+o；放大器U3A的同相输入端经电阻R8接地。放大器U3A的输出端输出第二检测信号V+o与第一检测信号V_o之差，即差值检测信号V1_o。

在另一具体实施方式中，如图5所示，放大单元104可以包括：放大器U4A、电阻R9和可调电阻RP2。具体的，放大器U4A的反相输入端经电阻R9接收减法单元103输出的差值检测信号V1_o。可调电阻RP2的一端及其动臂与放大器U4A的反相输入端连接，可调电阻RP2的另一端与放大器U4A的输出端连接。

为了实现对差值检测信号V1_o的增益放大，需向放大器U4A的同相输入端输入偏移电压Offset。在实际应用中，可以通过图6所示的偏移电压子单元生成偏移电压Offset。如图6所示，偏移电压子单元可以包括：电阻R12、电阻R13、可调电阻RP3和稳压器U5。具体的，电阻R12、电阻R13和可调电阻RP3串联后连接在电源单元105输出的负直流电压-VCC'和地之间。稳压器U5的电压输出端与电阻R12和电阻R13的连接点连接。在图6所示的偏移电压子单元中，通过可调电阻RP3的动臂输出偏移电压Offset。在实际应用中，可以选用TL431BILP型稳压器作为图6中的稳压器U5。

可选的，还可以在放大单元104中放大器U4A的输出端增设两级阻容滤波，从而对放大单元104中放大器U4A的输出端输出的放大检测信号VO_PH进行平滑处理。具体的，两级阻容滤波可以包括：电阻R10、电阻R11、电容C11和电容C15。电阻R10的一端与放大器U4A的输出端连接，电阻R10的另一端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端输出放大检测信号VO_PH。电容C11连接在电阻R10和电阻R11的连接点与地之间，电容C15连接在电阻R11的另一端与地之间。

本实用新型实施例还提供了一种电子设备，如图7所示，该电子设备200包括如图1至图6所示的土壤酸碱度信号采集电路100及其各个单元。在电子设备200中，土壤酸碱度信号采集电路100可以用于电子设备200中各类pH传感器输出的微小负电压信号的处理，将各类pH传感器输出的微小负电压信号转化为对应的具有较大幅值的正电压信号，例如0V至5V的正电压信号，从而使土壤酸碱度等pH检测信号能够被普通单片机读取和识别。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。