一种测电容变化用多路DA—AD采集电路的制作方法

本实用新型涉及电容变化电路，具体是一种测电容变化用多路DA—AD采集电路。

背景技术：

在传感器原理的研究中，对于用测量电极之间电容变化大小来计算电极板之间距离的变化大小的物理原理，其应用于传感器的场合有很多，具体测电容变化电路也是五花八门、各有特点，普遍存在的问题是电路复杂，且造价较高。

专利号为201310259545X的中国专利公开一种电压型超级电容检测电路，该电路是用可控分压电路检测由多个超级电容器组并联组成的超级电容器，具有在线检测的特点，但该电路一次只能检测一个电容，不能实现多路电容检测，且难以实现定量判定。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种测电容变化用多路DA—AD采集电路。该采集电路通过将MCU微控制器与多路复用器连接，能够同时测量多路电容变化，在实际采集测试中采集频率稳定且迅速，成本低，具有很好的市场投放价值。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种测电容变化用多路DA—AD采集电路，其特征在于该采集电路包括电源模块、AD多路通道采集模块、RS232通信模块、MCU微控制器、DA多路通道输出模块和显示屏；所述电源模块为整个采集电路供电；在AD多路通道采集模块和DA多路通道输出模块之间连接待测电容；所述MCU微控制器分别与DA多路通道输出模块、RS232通信模块和AD多路通道采集模块连接；所述RS232通信模块的输出端与显示屏连接；

所述AD多路通道采集模块包括n个输入八通道多路复用器，n为自然数，在n个输入八通道多路复用器与MCU微控制器的AD端口的n个通道之间分别连接一个二级运算放大器，每个二级运算放大器均由两个一级运算放大器构成；所述n个输入八通道多路复用器采取并联方式连接，且每个输入八通道多路复用器的每个通道均并联一个采样电阻，选择输入八通道多路复用器的数字信号通道，采集采样电阻的电压；

所述DA多路通道输出模块包括n个输出八通道多路复用器，在MCU微控制器的DA端口与n个输出八通道多路复用器之间连接一个一级运算放大器接；所述n个输出八通道多路复用器采取并联方式连接，用来选择数字信号通路为相应的待测电容输出正弦电压。

本实用新型由于采用以上技术方案，具有以下优点和积极效果：

1)本实用新型利用相移电路(RC电路)原理达到了采集电容变化的效果，为传感器领域中利用电容变化反应其他因素变化的传感原理作出了贡献；

2)本实用新型可制作性好，成品易制作且造价低廉，具有良好的经济性；

3)本实用新型采用多个复用器进行AD多路采集，可以快速采集多达8n路电容变化信号，当有四个复用器时，可快速采集32路电容变化，且采集频率跨度大，能适应多数场合的采集速率要求。

附图说明

图1为本实用新型测电容变化用多路DA—AD采集电路整体结构示意图；

图2为本实用新型采集电容变化的等效原理示意图；

图中：1、电源模块；2、AD多路通道采集模块；3、RS232通信模块；4、MCU微控制器；5、DA多路通道输出模块；6、电容阻抗；7、电容；8、电压表；9、采样电阻；10、交流电源；11、显示屏。

具体实施方式

下面给出本实用新型的具体实施例，具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，但不限制本申请权利要求的保护范围。

本实用新型测电容变化用多路DA—AD采集电路(简称采集电路，参见图1)包括电源模块1、AD多路通道采集模块2、RS232通信模块3、MCU微控制器4、DA多路通道输出模块5和显示屏11；所述电源模块1为整个采集电路供电；在AD多路通道采集模块2和DA多路通道输出模块5之间连接待测电容；所述MCU微控制器4分别与DA多路通道输出模块5、RS232通信模块3和AD多路通道采集模块2连接；所述RS232通信模块3的输出端与显示屏11连接；

所述AD多路通道采集模块2包括n个输入八通道多路复用器，n为自然数，在n个输入八通道多路复用器与MCU微控制器的AD端口的n个通道之间分别连接一个二级运算放大器，每个二级运算放大器均由两个一级运算放大器构成；所述n个输入八通道多路复用器采取并联方式连接，且每个输入八通道多路复用器的每个通道均并联一个采样电阻，选择输入八通道多路复用器的数字信号通道，采集采样电阻的电压；

所述DA多路通道输出模块5包括n个输出八通道多路复用器，在MCU微控制器的DA端口与n个输出八通道多路复用器之间连接一个一级运算放大器接；所述n个输出八通道多路复用器采取并联方式连接，用来选择数字信号通路为相应的待测电容输出正弦电压。

本实用新型的进一步特征在于所述输出八通道多路复用器和输入八通道多路复用器的型号均为CD74HC4051，MCU微控制器的型号为STM32F103VET6，一级运算放大器的型号均为MCP6022。

本实用新型的进一步特征在于所述采样电阻的阻值为一兆欧。采样电阻取值的不同对电容两端电压响应时间有影响，一兆欧较为理想。

本实用新型的进一步特征在于所述待测电容电路包括不大于8n个并联的电容。

本实用新型测电容变化用多路DA—AD采集电路的工作原理和工作流程是：所测电容大小变化引起串联的采样电阻两端的电压发生变化，通过测得采样电阻两端的电压变化即可反应出所要采集的电容大小的变化(参见图2)，测量多路电容时先将DA多路通道输出模块5连接多路电容，再通过USB连接显示屏11，打开显示屏中对应串口，即可显示采样电阻两端的电压值，电容变化时采样电阻9上的AD采集值也会相应发生变化。

图2为采集电容变化的等效原理示意图，从图2中可以看出每个电容7上均并联有一个电容阻抗6，电容阻抗视为无限大；然后再串联一个采样电阻9，采样电阻9两端并联电压表8，即一个输入八通道多路复用器的一个通道等效为一个电压表8，DA多路通道输出模块5等效为一个交流电源10；待测电容接在DA多路通道输出模块5和AD多路通道采集模块2之间；通过电压表变化可反应出每路中电容的大小变化；能定量的反映出电容变化的多少。

本实用新型采集电路可以同时采集不大于8n个并联的电容的变化。所述MCU微控制器通过自身的DA端口发送高频率正弦电压，同时打开MCU微控制器的AD端口中的四个通道进行采集、使能对应端口控制DA多路通道输出模块5和AD多路通道采集模块2工作、使能与显示屏完成通讯的对应端口，依照采集电路烧录进对应程序；其中所述对应程序由MCU微控制器库函数提供，程序设置可以依据现有技术完成；

DA多路通道输出模块5连接MCU微控制器的DA端口，MCU微控制器的AD端口连接AD多路通道采集模块2，各通道之间相互对应，形成的32组通路之间接有变化的待测电容。

实施例1

本实施例测电容变化用多路DA—AD采集电路包括电源模块1、AD多路通道采集模块2、RS232通信模块3、MCU微控制器4、DA多路通道输出模块5和显示屏11；所述电源模块1采用USB连接方式为整个采集电路供电，供电电压VCC＝5V；在AD多路通道采集模块2和DA多路通道输出模块5之间连接待测电容；所述MCU微控制器4分别与DA多路通道输出模块5、RS232通信模块3和AD多路通道采集模块2连接；所述RS232通信模块3的输出端采取USB转串口方式与显示屏11连接，在显示屏中显示每路电容变化时对应的采样电阻两端电压变化值；

所述AD多路通道采集模块2包括四个输入八通道多路复用器和四个二级运算放大器和32个采样电阻；在四个输入八通道多路复用器与MCU微控制器的AD端口的四个通道之间分别连接一个二级运算放大器，每个二级运算放大器均由两个一级运算放大器构成，所述四个输入八通道多路复用器采取并联方式连接，且每个输入八通道多路复用器的每个通道均并联一个采样电阻，选择输入八通道多路复用器的数字信号通道，采集采样电阻的电压；

所述DA多路通道输出模块5包括四个输出八通道多路复用器与一个一级运算放大器，一级运算放大器接在MCU微控制器的DA端口与四个输出八通道多路复用器之间；所述四个输出八通道多路复用器采取并联方式连接，用来选择数字信号通路为相应的待测电容输出正弦电压；

本实施例中输出八通道多路复用器和输入八通道多路复用器的型号均为CD74HC4051，MCU微控制器的型号为STM32F103VET6，所涉及的一级运算放大器的型号均为MCP6022；所述RS232通信模块包括USB转串口芯片、以太网控制器和网络变压器；USB转串口芯片的型号为PL2303HX，以太网控制器的型号为ENC28J60，网络变压器的型号为HR911105A。所述待测电容电路有32个并联的电容；每个采样电阻的阻值为一兆欧。

下表中数据为实际测试8路电容变化前后，采集的电压变化的结果，其中AD多路通道采集模块2的AD采集频率100HZ，在极限测试中，32路电容全接通，AD采集频率最高可达300HZ，实时性强。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。