本實(shí)用新型涉及一種傳感器信號(hào)處理電路，具體的說，涉及了一種有害氣體傳感器的信號(hào)處理電路。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人類對(duì)環(huán)境中的空氣質(zhì)量越來越重視，空氣中的一些常見氣體，如一氧化碳、硫化氫等，在含量低于一定濃度時(shí)，是不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不利影響的，但是一旦超過某一數(shù)據(jù)值時(shí)，則就必須要對(duì)其進(jìn)行有效的控制，以防止發(fā)生有害氣體傷人事件發(fā)生。目前市場(chǎng)上對(duì)于檢測(cè)高濃度的有害氣體產(chǎn)品較為普遍，但對(duì)于針對(duì)空氣中、低濃度的有害氣體產(chǎn)品卻并不多，而且由于低濃度有害氣體檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)難度要高于普通有害氣體檢測(cè)電路，所以成本更高并且開發(fā)同期更長(zhǎng)。

為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術(shù)解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供了一種有害氣體傳感器的信號(hào)處理電路，通過將檢測(cè)電路模塊化，降低了使用本發(fā)明的設(shè)備的成本，便于提高使用本發(fā)明的設(shè)備的市場(chǎng)推廣及應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種有害氣體傳感器的信號(hào)處理電路，包括傳感器信號(hào)放大電路、數(shù)字信號(hào)處理電路、參考電壓生成電路和電源管理電路；

所述參考電壓生成電路用于生成所述傳感器信號(hào)放大電路的參考電壓，所述傳感器信號(hào)放大電路接收并放大四電極有害氣體傳感器輸出的電信號(hào)，并將放大后的電信號(hào)發(fā)送至所述數(shù)字信號(hào)處理電路；

所述數(shù)字信號(hào)處理電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)解析出當(dāng)前有害氣體的濃度值，再將解析結(jié)果發(fā)送至外部主機(jī)；

所述電源管理電路用于控制所述數(shù)字信號(hào)處理電路的工作狀態(tài)以及向所述傳感器信號(hào)放大電路、所述數(shù)字信號(hào)處理電路和所述參考電壓生成電路提供電源電壓。

基于上述，所述電源管理電路分為電平檢測(cè)電路和供電電路，

所述電平檢測(cè)電路包括三極管Q1，所述三極管Q1為9013，所述三極管Q1的基極通過電阻R10連接5V正電壓，所述三極管Q1的基極還通過電阻R11連接所述三極管Q1的發(fā)射極，所述三極管Q1的發(fā)射極接電源地，所述三極管Q1的集電極通過上拉電阻R8連接電源電壓VCC，所述三極管Q1的集電極還輸出電平信號(hào)M-POW INFO；

所述供電電路包括穩(wěn)壓器U3，所述穩(wěn)壓器U3為REF333X系列穩(wěn)壓器，正5V電源通過電容C6接電源地，正5V電源還連接所述穩(wěn)壓器U3的輸入引腳1，所述穩(wěn)壓器U3的輸出引腳2分別連接電池BT1的正極和二極管D1的陽(yáng)極，所述電池BT1的負(fù)極連接電源地，所述二極管D1的陰極輸出電源電壓VCC，所述二極管D1的陰極通過電阻R7輸出參考電壓Vref-A，所述二極管D1的陰極還通過所述電阻R7分別連接電阻R9的一端和電容C8的一端，所述電阻R9的另一端和所述電容C8的另一端連接電源地，所述二極管D1的陰極通過電容C7連接電源地,所述電源地連接公共地。

基于上述，所述參考電壓生成電路包括運(yùn)算放大器U4C、電阻R31、電阻R35、電阻R33、電阻R36和電容C27，所述電源電壓VCC通過所述電容C27連接電源地，所述電源電壓VCC通過所述電阻R31和所述電阻R35連接電源地，所述電阻R31和所述電阻R35的連接端輸出參考電壓VrefA，所述電源電壓VCC還通過所述電阻R33和所述電阻R36連接電源地，所述電阻R33和所述電阻R36的連接端輸出參考電壓VrefB，所述電阻R33和所述電阻R36的連接端還分別連接電阻R34的一端和電阻R32的一端，所述電阻R34的另一端連接所述電阻R31和所述電阻R35的連接端，所述電阻R32的另一端連接電源地；

所述參考電壓VrefA還通過電阻R39連接所述運(yùn)算放大器U4C的同相輸入引腳，所述運(yùn)算放大器U4的輸出引腳連接所述運(yùn)算放大器U4的反相輸入引腳，所述運(yùn)算放大器U4的輸出引腳還輸出參考電壓VrefA1。

基于上述，所述傳感器信號(hào)放大電路包括四電極有害氣體傳感器、傳感器輸出穩(wěn)定電路、信號(hào)放大電路和斷電電位平衡電路，

所述傳感器輸出穩(wěn)定電路包括第一線圈LC1、第二線圈LC2和運(yùn)算放大器U4A，所述運(yùn)算放大器U4為L(zhǎng)T3012，所述四電極有害氣體傳感器的第一電極通過所述第一線圈LC1、電阻R21分別連接電容C21的一端和所述運(yùn)算放大器U4A的輸出端，所述四電極有害氣體傳感器的第三電極通過所述第二線圈LC2、電阻R22分別連接所述電容C21的另一端和所述運(yùn)算放大器U4A的反相輸入引腳；參考電壓VrefB通過電阻R24分別連接所述運(yùn)算放大器U4A的同相輸入引腳和電容C22的一端，所述電容C22的另一端接電源地；

所述信號(hào)放大電路包括第一信號(hào)放大電路和第二信號(hào)放大電路，所述第一信號(hào)放大電路的輸入端連接所述四電極有害氣體傳感器的第二電極，所述第一信號(hào)放大電路的輸出端輸出SIG信號(hào)；所述第二信號(hào)放大電路的輸入端連接所述四電極有害氣體傳感器的第四電極，所述第二信號(hào)放大電路的輸出端輸出ZERO信號(hào)；所述第一信號(hào)放大電路和所述第二信號(hào)放大電路為兩路相同的放大濾波電路，具體的，所述放大濾波電路包括第三線圈LC3和運(yùn)算放大器U4B，所述放大濾波電路的輸入端通過所述第三線圈LC3和電阻R25連接所述運(yùn)算放大器U4B的反相輸入引腳，所述參考電壓VrefA通過電阻R28分別連接所述運(yùn)算放大器U4B的同相輸入引腳和電容C24的一端，所述電容C24的另一端接電源地；所述運(yùn)算放大器U4B的輸出引腳通過電阻R27和電容C25連接電源地，所述電阻R27和所述電容C25的連接端為所述第一信號(hào)放大電路的輸出端，所述運(yùn)算放大器U4B的輸出端還分別通過電容C23和電阻R26連接所述運(yùn)算放大器U4B的反相輸入引腳；

所述斷電電位平衡電路包括場(chǎng)效應(yīng)管Q3和場(chǎng)效應(yīng)管Q4，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q3和場(chǎng)效應(yīng)管Q4均為J177，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q4的引腳2連接所述四電極有害氣體傳感器的第四電極，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q4的引腳1連接所述場(chǎng)效應(yīng)管Q3的引腳1和所述四電極有害氣體傳感器的第三電極，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q3的引腳2連接所述四電極有害氣體傳感器的第二電極，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q3的引腳3和所述場(chǎng)效應(yīng)管Q4的引腳3分別和所述電源電壓VCC連接。

基于上述，所述數(shù)字信號(hào)處理電路包括數(shù)字芯片U1，所述數(shù)字芯片U1為i2401芯片，所述數(shù)字芯片U1的引腳1連接所述第一信號(hào)放大電路的輸出信號(hào)SIG，所述數(shù)字芯片U1的引腳3所述第二信號(hào)放大電路的輸出信號(hào)ZERO，所述數(shù)字芯片U1的引腳2和引腳4分別連接所述參考電壓VrefA1，所述數(shù)字芯片U1的引腳6連接電源地，所述數(shù)字芯片U1的引腳9輸入所述參考電壓Vref-A，所述數(shù)字芯片U1的引腳11通過電阻R5連接電源地，所述數(shù)字芯片U1的引腳13連接所述電源電壓VCC和電容C3的一端，所述電容C3的另一端連接電源地，所述數(shù)字芯片U1的引腳14通過電容C4連接電源地；

所述數(shù)字芯片U1的引腳15通過電容C5連接電源地，所述數(shù)字芯片U1的引腳15還通過電阻R6連接所述電源電壓VCC；所述數(shù)字芯片U1的引腳19通過電阻R4向所述外部主機(jī)上傳所述解析結(jié)果，所述數(shù)字芯片U1的引腳20通過電阻R3從所述外部主機(jī)下載控制命令，所述數(shù)字芯片U1的引腳26連接所述電平信號(hào)M-POW INFO。

基于上述，該信號(hào)處理電路還包括溫度補(bǔ)償電路，所述溫度補(bǔ)償電路包括溫度傳感器U2、電阻R1、電阻R2、電容C1和電容C2，所述溫度傳感器U2為TC1047溫度傳感器芯片，電源電壓VCC通過電容C1連接電源地，所述電源電壓VCC還連接所述溫度傳感器U2的引腳1，所述溫度傳感器U2的引腳1通過所述電阻R1輸出溫度信號(hào)TEP給所述數(shù)字芯片U1的引腳5，所述溫度傳感器U2的引腳1還通過電阻R1分別連接所述電阻R2的一端和所述電容C2的一端，所述電阻R2的另一端接電源地和所述電容C2的另一端分別接電源地，所述溫度傳感器U2的引腳3連接接電源地。

本實(shí)用新型相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，具體的說，該處理電路使用較少的電器元器件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)四電極有害氣體傳感器信號(hào)的模塊化設(shè)計(jì)，有效降低了有害氣體產(chǎn)品的開發(fā)周期以及開發(fā)成本，便于市場(chǎng)推廣利用。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的原理框圖。

圖2為本實(shí)用新型中所述電平檢測(cè)電路的電路圖。

圖3為本實(shí)用新型中所述供電電路的電路圖。

圖4為本實(shí)用新型的的所述參考電壓生成電路的電路圖。

圖5為本實(shí)用新型的傳感器信號(hào)處理電路。

圖6為本實(shí)用新型的溫度補(bǔ)償電路圖。

圖7為本實(shí)用新型的數(shù)字信號(hào)處理電路。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1所示，一種有害氣體傳感器的信號(hào)處理電路，包括傳感器信號(hào)放大電路、數(shù)字信號(hào)處理電路、參考電壓生成電路和電源管理電路；

所述參考電壓生成電路用于生成所述傳感器信號(hào)放大電路的參考電壓，所述傳感器信號(hào)放大電路接收并放大四電極有害氣體傳感器輸出的電信號(hào)，并將放大后的電信號(hào)發(fā)送至所述數(shù)字信號(hào)處理電路；

所述數(shù)字信號(hào)處理電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)解析出當(dāng)前有害氣體的濃度值，再將解析結(jié)果發(fā)送至外部主機(jī)；

所述電源管理電路用于控制所述數(shù)字信號(hào)處理電路的工作狀態(tài)以及向所述傳感器信號(hào)放大電路、所述數(shù)字信號(hào)處理電路和所述參考電壓生成電路提供電源電壓。

具體的，所述電源管理電路分為電平檢測(cè)電路和供電電路，如圖2所示，所述電平檢測(cè)電路包括三極管Q1，優(yōu)選的，所述三極管為9013三極管；所述三極管Q1的基極通過電阻R10連接5V正電壓，所述三極管Q1的基極還通過電阻R11連接所述三極管Q1的發(fā)射極，所述三極管Q1的發(fā)射極接電源地，所述三極管Q1的集電極通過上拉電阻R8連接電源電壓VCC，所述三極管Q1的集電極還輸出電平信號(hào)M-POW INFO。

當(dāng)由外部+5V電源供電時(shí)，所述三極管Q1的輸出電平M-Pow_Info為低電平，所述數(shù)字芯片U1檢測(cè)到該低電平時(shí)，即可判斷出當(dāng)前為外部電源供電狀態(tài)，所述數(shù)字芯片進(jìn)入工作模式；當(dāng)外部電源斷開時(shí)，所述三極管Q1的輸出電平M-Pow_Info為高電平，所述數(shù)字芯片U1檢測(cè)到該高電平時(shí)，便可判斷出當(dāng)前為電池供電狀態(tài)，從而進(jìn)入低功耗待機(jī)模式。

所述供電電路用于向所述傳感器信號(hào)放大電路、所述數(shù)字信號(hào)處理電路和所述參考電壓生成電路提供電源電壓。如圖3所示，所述供電電路包括穩(wěn)壓器U3，優(yōu)選的，所述穩(wěn)壓器U3為REF333X系列穩(wěn)壓器；正5V電源通過電容C6接電源地，正5V電源還連接所述穩(wěn)壓器U3的輸入引腳1，所述穩(wěn)壓器U3的輸出引腳2分別連接電池BT1的正極和二極管D1的陽(yáng)極，所述電池BT1的負(fù)極連接電源地，所述二極管D1的陰極輸出電源電壓VCC，所述二極管D1的陰極通過電阻R7輸出參考電壓Vref-A，所述二極管D1的陰極還通過所述電阻R7分別連接電阻R9和電容C8，所述電阻R9和所述電容C8連接電源地，所述二極管D1的陰極通過電容C7連接電源地。

其中，所述二極管D1的目的是防止反向電流的出現(xiàn)，從而避免在電池供電時(shí)，電流反向灌入所述電源參考芯片U3中，增加功耗。

具體的，如圖4所示，所述參考電壓生成電路包括多個(gè)高精度分壓電阻，省掉了使用專用電源芯片為電路提供參考電源的麻煩，同時(shí)也降低了電路的成本。所述電源電壓VCC經(jīng)電阻R31、電阻R32、電阻R33、電阻R34、電阻R35和電阻R36之間不同的組合后，生成參考電壓VrefA和參考電壓VrefB；同時(shí)所述參考電壓VrefA經(jīng)過所述運(yùn)算放大器U4C運(yùn)放與電阻R39組成的驅(qū)動(dòng)電路后，也生成參考電壓Vref-A，用于向所述數(shù)字信號(hào)處理電路提供參考電壓。

具體的，如圖5所示，所述傳感器信號(hào)放大電路包括四電極有害氣體傳感器、傳感器輸出穩(wěn)定電路、信號(hào)放大電路和斷電電位平衡電路；其中，所述傳感器信號(hào)放大電路中的所述運(yùn)算放大器U4為L(zhǎng)T3012，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q3和場(chǎng)效應(yīng)管Q4均為J177，所述四電極有害氣體傳感器為B4系列傳感器；所述B4系列傳感器將有害氣體轉(zhuǎn)化為兩路微弱的電信號(hào)，然后分別經(jīng)由所述B4系列傳感器的第二電極與第四電極輸出至運(yùn)算放大器U4B與運(yùn)算放大器U4D運(yùn)放的反相輸入引腳，在所述參考電壓VrefA和所述運(yùn)算放大器U4B和所述運(yùn)算放大器U4C的作用下，這兩路微弱電信號(hào)輸出兩路信號(hào)“SIG”與“ZERO”。

所述B4系列傳感器的第一電極、第二電極、所述參考電壓VrefB和所述運(yùn)算放大器U4的U4A共同形成傳感器輸出穩(wěn)定電路。所述場(chǎng)效應(yīng)管Q3與所述場(chǎng)效應(yīng)管Q4組成斷電電位平衡電路，用于在所述B4系列傳感器斷電的情況下為所述B4系列傳感器提供電位平衡條件。

具體的，如圖6所示，所述溫度補(bǔ)償電路是由溫度傳感器芯片U2加外圍電路組成，所述溫度傳感器U2為TC1047溫度傳感器芯片，所述TC1047溫度傳感芯片實(shí)時(shí)輸出與環(huán)境成線性關(guān)系的溫度模擬量信號(hào)，所述溫度模擬量信號(hào)經(jīng)由電阻R1、電阻R2、電容C2組成的分壓及濾波電路處理后，向所述數(shù)字處理電路提供環(huán)境中的溫度信號(hào)值。

具體的，如圖7所示，所述數(shù)字處理電路主要是由智能芯片U1構(gòu)成，所述智能芯片U1為i2401芯片；所述數(shù)字芯片U1的模擬量采樣端“SIG、ZERO”信號(hào)，是所述傳感器信號(hào)放大電路輸出的兩組濃度模擬量信號(hào)，所述智能芯片U1的“TEP”信號(hào)為所述溫度傳感器輸出的溫度模擬量信號(hào)。

所述數(shù)字信號(hào)處理電路將濃度模擬量信號(hào)和溫度模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并通過對(duì)所述數(shù)字信號(hào)的分析處理解析出當(dāng)前有害氣體的濃度值及進(jìn)行溫度補(bǔ)償，最終將獲取的濃度信號(hào)與上位機(jī)進(jìn)行通訊。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。