一种检测电路和基于波形变换的检测方法
【专利摘要】本发明提出一种检测电路和基于波形变换的检测方法，解决了由单片机或主板处理器处理传感器采集的检测信号时，增大单片机或主板处理器的数据处理量，降低处理速度的技术问题。检测电路包括待检测电路、矩形波产生电路、三角波电路、放大电路和比较电路；矩形波产生电路产生矩形波，三角波电路将矩形波变换为三角波，放大电路放大待检测电路产生的待检测信号，比较电路比较三角波与放大后的待检测信号，产生用来表征所述待检测信号强度的PWM信号。根据PWM信号的占空比变化反应待检测信号的强度或者幅值特性，省去了由单片机或主板处理器对待检测信号的分析过程，从而提高了单片机或主板处理器的处理速度。
【专利说明】一种检测电路和基于波形变换的检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电路设计【技术领域】，具体涉及一种检测电路和基于波形变换的检测方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中，对于诸如气压、光强、温度、湿度等参数的检测，通常都是采用集成的传感器来获取检测信号，然后将检测信号输入单片机或者主板处理器中，由单片机或者主板处理器对检测信号进行分析、比较和量化后得到检测结果(通常是在单片机或者主板处理器中，采用AD转换器将采集到的信号转换为数字信号)。
[0003]上述的检测方式中，会增加了主处理器的数据处理量，降低主处理器的处理速度。
【发明内容】
[0004]本申请实施例通过提供一种检测电路和基于波形变换的检测方法，通过简单的电路设计得到量化的检测结果，无需单片机或主板处理器对检测信号做任何处理，降低了主处理器的数据处理量，提高了主处理器的处理速度。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现:
提出一种检测电路，包括待检测电路、矩形波产生电路、三角波电路、放大电路和比较电路；所述矩形波产生电路的输出端与所述三角波电路连接；所述放大电路与所述待检测电路的输出端连接；所述三角波电路的输出端连接所述比较电路的第一输入端，所述放大电路的输出端连接所述比较电路的第二输入端；所述矩形波产生电路，用于产生矩形波；所述三角波电路，用于将所述矩形波变换为三角波；所述放大电路，用于放大所述待检测电路产生的待检测信号；所述比较电路，比较所述三角波与所述放大后的待检测信号，产生用来表征所述待检测信号强度的PWM信号。
[0006]进一步的，所述待检测电路为电阻桥式检测电路；所述电阻桥式检测电路包括第一检测器件、第二检测器件、第三检测器件和第四检测器件；所述第一检测器件的第二端与所述第二检测器件的第一端连接，所述第三检测器件的第二端与所述第四检测器件的第一端连接，所述第一检测器件的第一端与所述第三检测器件的第一端连接，所述第三检测器件的第二端与所述第四检测器件的第二端连接；所述第一检测器件的第二端连接所述放大电路的第一输入端，所述第三检测器件的第二端与所述放大电路的第二输入端连接；所述第二检测器件的第二端还连接工作电源，所述第一检测器件的第一端还接地。
[0007]进一步的，所述待检测电路为电阻桥式气压检测传感器电路；所述第一检测器件、第二检测器件、第三检测器件和第四检测器件，分别为第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻都蚀刻于一电阻桥弹片上。
[0008]进一步的，所述第一电阻和所述第四电阻的阻值选取需随气压的增大阻值减�。凰龅诙缱韬退龅谌缱璧淖柚笛∪⌒杷嫫沟脑龃笞柚翟龃�。
[0009]进一步的，所述待检测电路为电阻桥式光强检测电路；所述第一检测器件为第五光敏电阻，所述第二检测器件为第六电阻，所述第三检测器件为第七电阻，所述第四检测器件为第八光敏电阻。
[0010]进一步的，所述矩形波产生电路产生矩形波的频率小于等于所述待检测电路产生待检测信号的频率。
[0011]进一步的，所述矩形波产生电路包括由第一比较器、第九电阻和第十电阻组成的反相输入的滞回比较电路，和由第十一电阻和第一电容组成的RC电路组成；所述第一比较器的反相输入端通过所述Re电路分别接地和连接所述第一比较器的输出端，所述第一比较器的同相输入端通过所述滞回比较电路分别接地和连接所述第一比较器的输出端。
[0012]进一步的，所述放大电路由第二比较器、第十二电阻和第十三电阻组成；所述第十二电阻连接于所述第二比较器的反相输入端，所述第十三电阻连接于所述第二比较器的反相输入端与输出端之间。
[0013]进一步的，所述比较电路为第三比较器，所述第三比较器的第一输入端为同相输入端，所述第三比较器的第二输入端为反相输入端。
[0014]提出一种基于波形变换的检测方法，包括以下步骤:产生矩形波；将所述矩形波变换为三角波；比较所述三角波与放大后的待检测信号，在所述三角波电压高于所述放大后的待检测信号时生成高电平信号，在所述三角波电压低于所述放大后的待检测信号时生成低电平信号；基于产生的高电平信号和低电平信号，生成表征产生所述待检测信号强度的PWM信号。
[0015]与现有技术相比，本发明申请实施例提出的技术方案，具有的技术效果或优点是:本申请实施例中，将待检测电路检测到的待检测信号，通过放大电路的放大后，与矩形波产生电路以及三角波电路产生的三角波进行比较，比较过程中，当放大后的待检测信号电平比三角波电平高时，产生低电平信号，当放大后的待检测信号电平比三角波电平低时，产生高电平信号；则在持续的检测过程中，比较电路的输出端输根据待检测信号的强度变化产生不同占空比的PWM信号，不同占空比的PWM信号能够表征不同强度的检测信号，则根据本申请实施例提出的检测电路，能够直接得到表征检测信号强度的检测信号，不需要单片机或主板处理器的分析和处理来得到检测结果，降低了单片机或主板处理器的数据处理量，提高了单片机或主板处理器的处理速度；而且检测电路中的矩形波产生电路、三角波电路、放大电路和比较电路等电路元器件，其电路设计结构简单且成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本申请实施例提出的检测电路的电路架构图；
图2为本申请实施例提出的一个具体检测电路的电路图；
图3为本申请实施例提出的电阻桥式检测电路的电路架构图；
图4为本申请实施例提出的电阻桥式气压检测电路的电路图；
图5为本申请实施例提出的电阻桥式光强度检测电路的电路图；
图6为本申请实施例提出的基于波形变换的检测方法的方法流程图。
[0017]附图标记:11、矩形波产生电路，12、三角波电路，13、放大电路，14、比较电路，15、待检测电路，RB、第一电阻，RA、第二电阻，RC、第三电阻，RD、第四电阻，R1、第^^一电阻，R2、第九电阻，R3、第十电阻，R4、第十五电阻，R5、第十四电阻，R6、第十七电阻，R7、第十二电阻，R8、第十六电阻，R9、第十八电阻，R10、第十三电阻，R11、第十九电阻，R12、第五光敏电阻，R13、第八光敏电阻，R14、第七电阻，R15、第六电阻，Ul-Α、第一比较器，U1-D、第二比较器，Ul-Β、第四比较器，U1-C、第三比较器。
【具体实施方式】
[0018]本申请实施例通过提供一种检测电路和基于波形变换的检测方法，解决了由单片机或主板处理器处理传感器采集的检测信号时，增大单片机或主板处理器的数据处理量，降低处理速度的技术问题。
[0019]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式，对上述技术方案进行详细的说明。
[0020]如图1所示，为本申请实施例提出的检测电路的电路架构图，包括矩形波产生电路11、三角波电路12、放大电路13和比较电路14，以及待检测电路15 ;矩形波产生电路的输出端与三角波电路连接，放大电路与待检测电路的输出端连接，三角波电路的输出端连接比较电路的第一输入端，放大电路的输出端连接比较电路的第二输入端。
[0021]矩形波产生电路，用于产生矩形波；三角波电路，用于将矩形波产生电路产生的矩形波变换为三角波；放大电路，用于放大待检测电路产生的待检测信号；比较电路比较三角波与放大后的待检测信号，产生用来表征待检测信号强度的PWM (脉冲宽度调制)信号。
[0022]本申请实施例中提出的矩形波产生电路、三角波电路和放大电路可以采用现有技术中的多种不同电路设计，本方案不予限制。
[0023]例如，如图2所示，矩形波产生电路可以由包括第一比较器Ul-Α、第九电阻R2和第十电阻R3组成的反相输入的滞回比较电路，和由第十一电阻Rl和第一电容Cl组成的RC电路组成，第一比较器Ul-A的反相输入端一路通过第一电容Cl接地，另一路通过第十一电阻Rl和第十五电阻R4连接第一比较器Ul-A的输出端，第一比较器Ul-A的同相输入端一路通过第十电阻R3接地，另一路通过第九电阻R2和第十五电阻R4连接第一比较器Ul-A的输出端，第九电阻R2和第十五电阻R4之间连接第一二极管Dl的负极，并通过第一二极管Dl接地，所述第一二极管Dl为肖特基二极管；工作时，当第i^一电阻Rl和第一电容Cl的充电电压高于或低于第九电阻R2和第十电阻R3的分压电压时，Ul-A产生翻转，通过这种方式产生矩形波。
[0024]三角波电路可以是由第四比较器Ul-B和由第十四电阻R5和第二电容C2组成的积分电路；矩形波产生电路的输出端通过第十四电阻R5连接第四比较器Ul-B的同相输入端，第四比较器Ul-B的同相输入端通过第二电容C2连接第四比较器Ul-B的输出端，第四比较器Ul-B的反相输入端通过第十七电阻R6接地；将矩形波产生电路产生的矩形波变换为三角波。
[0025]放大电路可以是由工作电源、晶体三极管构成的放大器，也可以是由图2所示的由第二比较器U1-D、第十二电阻R7和第十三电阻RlO组成的放大器，此时，第十二电阻R7连接于第二比较器Ul-D的反相输入端，第十三电阻RlO连接于第二比较器Ul-D的反相输入端和输出端之间，所述第二比较器Ul-D的反相输入端通过第十二电阻R7连接于待检测电路的第二检测端2，所述第二比较器Ul-D的同相输入端通过第十六电阻R8连接所述待检测电路的第四检测端4，第十三电阻RlO与第十二电阻R7的比值决定了放大电路放大的比例；其放大的是由待检测电路产生的两个待检测信号的差值。
[0026]本实施例中，所述比较电路为第三比较器U1-C，所述第三比较器Ul-C的同相输入端通过第十八电阻R9连接所述三角波电路的输出端，所述第三比较器Ul-C的反相输入端连接第十九电阻Rll后一路连接所述第二比较器Ul-D的输出端，另一路通过第十三电阻RlO连接所述第二比较器Ul-D的反相输入端。
[0027]本申请实施例提出的检测电路适用于多种检测，例如气压检测、温度检测、湿度检测、灰尘度检测、光强度检测等等，相应的只需变换待检测电路为气压检测电路、温度检测电路、湿度检测电路、灰度检测电路、光强度检测电路等等，则检测电路将这些待检测电路采集到的气压、温度、湿度、灰尘度、光强度等信号转换为表征气压强度、温度、湿度、灰尘度和光强度大小的PWM信号，则根据PWM信号可以清楚的量化出检测信号的强度或者大小等检测值，以及检测的变化曲线。
[0028]待检测电路可以是各种集成的传感器；也可以是本申请实施例提出的待检测电路结构。
[0029]如图3所示，为本申请实施例提出的一种待检测电路结构，其为电阻桥式检测电路；包括第一检测器件21、第二检测器件22、第三检测器件23和第四检测器件24 ;第一检测器件21的第二端与第二检测器件22的第一端连接，第三检测器件23的第二端与第四检测器件24的第一端连接，第一检测器件21的第一端与第三检测器件23的第一端连接，第三检测器件23的第二端与第四检测器件24的第二端连接；第一检测器件21的第二端连接放大电路的第一输入端131，第三检测器件23的第二端与放大电路的第二输入端132连接；第二检测器件22的第二端还连接工作电源VCC，第一检测器件21的第一端还接地。
[0030]电阻桥式检测电路的优点在于，其电路结构设计简单，且器件成本低；四个检测器件组成电阻桥式结构，其中任何一个检测器件采集到了检测信号，都会在放大电路的第一输入端和第二输入端引起电压的差异变化，由放大电路放大两个输入端的差异变化，该差异变化即表征了待检测信号的强度或者幅值变化。
[0031]如图4所示，为一电阻桥式气压检测传感器电路RB1，其中，第一检测器件21、第二检测器件22、第三检测器件23和第四检测器件24，分别为第一电阻RB、第二电阻RA、第三电阻RC和第四电阻RD ;第二电阻RA、第一电阻RB、第三电阻RC和第四电阻RD都蚀刻于一电阻桥弹片上。当有高压气体进入电阻桥式气压检测传感器电路RBl后，由于有高压气体，使电阻桥弹片发生形变，而第二电阻RA、第一电阻RB、第三电阻RC和第四电阻RD是蚀刻到弹片上的，当弹片受压力发生形变时，其阻值也同时发生改变，由此在第二检测端2端和第四检测端4端产生变化的压差，该压差即表征了气压的变化；放大电路将该压差放大后，与三角波电压比较后输出表征气压压值的PWM信号。
[0032]具体的，设置第一电阻RB和第四电阻RD的阻值选取随气压的增大阻值减�。诙缱鑂A和第三电阻RC的阻值选取需随气压的增大阻值增大；也即，气压增大使电阻桥弹片发生形变时，第一电阻RB和第四电阻RD的阻值减�。诙缱鑂A和第三电阻RC的阻值增大；由此，当气压增大使得电阻桥弹片发生形变后，随着气压的增大，第二检测端2端和第四检测端4端的压差增大，而气压由大渐小时，压差也由大渐�。纱耍糯蟮难共钜布幢碚髁似沟谋浠�。放大电路将电阻桥式气压检测电路根据气压变化产生的压差进行放大后输入比较器，当三角波电路输出的三角波电压高于放大的压差电压时，比较器输出高电平，当三角波电压低于放大的压差电压时，比较器输出低电平，通过上述方式产生PWM信号，该PWM信号表征了电阻桥式气压检测电路检测到的气压变化。
[0033]如图5所示，为电阻桥式光强检测电路，其第一检测器件、第二检测器件、第三检测器件和第四检测器件，分别为第五光敏电阻R12、第六电阻R15、第七电阻R14和第八光敏电阻R13 ;当不同强度的光照射到第五光敏电阻R12和第八光敏电阻R13时，引起二者阻值的变化，当光强度增加时两个光敏电阻的阻值变小，则第十二电阻R7和第十六电阻R8上会产生压差，同理，当光强度增加时两个光敏电阻的阻值变大，同样第十二电阻R7和第十六电阻R8上的电压差也产生变化，可见，输入放大电路的电压差值是随着光强度的变化而变化的。放大电路将电阻桥式光强检测电路根据光强度变化产生的压差进行放大后输入比较器，当三角波电路输出的三角波电压高于放大的压差电压时，比较器输出高电平，当三角波电压低于放大的压差电压时，比较器输出低电平，通过上述方式产生P丽信号，该PWM信号表征了电阻桥式光强度检测电路检测到的光强变化。
[0034]本申请实施例中，矩形波产生电路产生矩形波的频率优选的小于等于待检测电路产生待检测信号的频率，这样能保证待检测电路产生的待检测信号与三角波的比较后的输出信号，能充分的体现出待检测信号的变化。
[0035]本申请实施例还提出一种基于波形变换的检测方法，如图6所示，包括以下步骤: 步骤S61:产生矩形波；
使用矩形波产生电路产生一定频率的矩形波，具体频率根据实际情况设置。
[0036]步骤S62:将矩形波变换为三角波；
步骤S63:比较三角波与放大后的待检测信号，在三角波电压高于放大后的待检测信号时生成高电平信号，在三角波电压低于放大后的待检测信号时生成低电平信号；
由待检测电路或者集成的传感器等检测器件，根据周围环境变化采集到需要的待检测信号后，再进行放大，与上述产生的三角波进行比较；在三角波电压高于放大后的待检测信号时生成高电平信号，在三角波电压低于放大后的待检测信号时生成低电平信号。
[0037]步骤S64:基于产生的高电平信号和低电平信号，生成表征待检测信号强度的PWM信号。
[0038]连续变化的高低电平信号组成了表征待检测信号强度或者幅值的PWM信号，根据该PWM信号即可获知待检测信号的变化，例如，PWM信号的占空比较大时，说明待检测的气压、温度、湿度、或者光强度等的强度或者幅值较高，而PWM信号的占空比较小时，说明待检测的气压、温度、湿度、或者光强度等的强度或者幅值较低。
[0039]矩形波的频率优选的小于等于待检测信号的频率，这样能保证待检测信号与三角波的比较后的输出信号，能充分的体现出待检测信号的变化。
[0040]本申请实施例提出的检测电路和基于波形变换的检测方法中，使用简单的矩形波产生电路、三角波电路和放大电路以及比较电路，将待检测电路采集的待检测信号变换为能表征待检测信号的PWM信号，无需使用单片机或者主板处理器分析待检测信号，降低了单片机或主板处理器的数据处理量，提高了处理速度，且电路设计结构简单、成本低。
[0041]应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本【技术领域】的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种检测电路，包括待检测电路，其特征在于，还包括矩形波产生电路、三角波电路、放大电路和比较电路；所述矩形波产生电路的输出端与所述三角波电路连接；所述放大电路与所述待检测电路的输出端连接；所述三角波电路的输出端连接所述比较电路的第一输入端，所述放大电路的输出端连接所述比较电路的第二输入端； 所述矩形波产生电路，用于产生矩形波； 所述三角波电路，用于将所述矩形波变换为三角波； 所述放大电路，用于放大所述待检测电路产生的待检测信号； 所述比较电路，比较所述三角波与所述放大后的待检测信号，产生用来表征所述待检测信号强度的PWM信号。
2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述待检测电路为电阻桥式检测电路；所述电阻桥式检测电路包括第一检测器件、第二检测器件、第三检测器件和第四检测器件；所述第一检测器件的第二端与所述第二检测器件的第一端连接，所述第三检测器件的第二端与所述第四检测器件的第一端连接，所述第一检测器件的第一端与所述第三检测器件的第一端连接，所述第三检测器件的第二端与所述第四检测器件的第二端连接；所述第一检测器件的第二端连接所述放大电路的第一输入端，所述第三检测器件的第二端与所述放大电路的第二输入端连接；所述第二检测器件的第二端还连接工作电源，所述第一检测器件的第一端还接地。
3.根据权利要求2所述的检测电路，其特征在于，所述待检测电路为电阻 桥式气压检测传感器电路；所述第一检测器件、第二检测器件、第三检测器件和第四检测器件，分别为第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻都蚀刻于一电阻桥弹片上。
4.根据权利要求3所述的检测电路，其特征在于，所述第一电阻和所述第四电阻的阻值选取需随气压的增大阻值减�。凰龅诙缱韬退龅谌缱璧淖柚笛∪⌒杷嫫沟脑龃笞柚翟龃�。
5.根据权利要求2所述的检测电路，其特征在于，所述待检测电路为电阻 桥式光强检测电路；所述第一检测器件为第五光敏电阻，所述第二检测器件为第六电阻，所述第三检测器件为第七电阻，所述第四检测器件为第八光敏电阻。
6.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述矩形波产生电路产生矩形波的频率小于等于所述待检测电路产生待检测信号的频率。
7.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述矩形波产生电路包括由第一比较器、第九电阻和第十电阻组成的反相输入的滞回比较电路，和由第十一电阻和第一电容组成的RC电路组成；所述第一比较器的反相输入端通过所述RC电路分别接地和连接所述第一比较器的输出端，所述第一比较器的同相输入端通过所述滞回比较电路分别接地和连接所述第一比较器的输出端。
8.根据权利要求1或2所述的检测电路，其特征在于，所述放大电路由第二比较器、第十二电阻和第十三电阻组成；所述第十二电阻连接于所述第二比较器的反相输入端，所述第十三电阻连接于所述第二比较器的反相输入端与输出端之间。
9.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述比较电路为第三比较器，所述第三比较器的第一输入端为同相输入端，所述第三比较器的第二输入端为反相输入端。
10.一种基于波形变换的检测方法，其特征在于，包括以下步骤: 产生矩形波； 将所述矩形波变换为三角波； 比较所述三角波与放大后的待检测信号，在所述三角波电压高于所述放大后的待检测信号时生成高电平信号，在所述三角波电压低于所述放大后的待检测信号时生成低电平信号; 基于产生的高电平信号和低电平信号，生成表征产生所述待检测信号强度的PWM信号。
【文档编号】G01R19/165GK104459289SQ201410800764
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】林大鹏 申请人:青岛歌尔声学科技有限公司
专业数控铣床产品供应商
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