TOP6 環(huán)路供電型熱電偶溫度測量電路設(shè)計

　　本文為大家?guī)淼氖且豢?4位4-20mA 環(huán)路供電型熱電偶溫度測量系統(tǒng)電路設(shè)計圖，該電路是一完整的環(huán)路供電型熱電偶溫度測量系統(tǒng)，使用精密模擬微控制器的PWM 功能控制4 mA 至20 mA 輸出電流。具有更高分辨率的 PWM 驅(qū)動4mA 至 20mA 環(huán)路的優(yōu)勢，支持溫度范圍為?200° C 至+350° C 的 T 型熱電偶。

　　電路功能與優(yōu)勢

　　圖1所示電路是一款完整的環(huán)路供電型熱電偶溫度測量系統(tǒng)，使用精密模擬微控 制器的 PWM 功能控制4 mA 至20 mA 輸出電流。

　　圖1. ADuCM360控制4 mA 至20 mA 基于環(huán)路的溫度監(jiān)控電路

　　電路原理：本電路將絕大部分電路功能都集成在精密模擬微控制器 ADuCM360上，包括雙通 道24位Σ -Δ 型 ADC、 ARM Cortex ?-M3處理器內(nèi)核以及用于控制環(huán)路電壓高達28 V 的4 mA 至 20 mA 環(huán)路的 PWM/DAC 特性，提供一種低成本溫度監(jiān)控解決方案。 其中， ADuCM360連接到一個 T 型熱電偶和一個100Ω 鉑電阻溫度檢測器（RTD）。 RTD 用于冷結(jié)補償。 低功耗 Cortex-M3 內(nèi)核將 ADC 讀數(shù)轉(zhuǎn)換為溫度值。 支持的 T 型熱電偶溫度范圍是?200° C 至+350° C，而此溫度范圍是4mA 至20mA。 本電路具有以更高分辨率的 PWM 驅(qū)動4mA 至20mA 環(huán)路的優(yōu)勢。 基于 PWM 的輸出提 供14位分辨率。電路采用線性穩(wěn)壓器ADP1720 供電，可將環(huán)路加電源調(diào)節(jié)至 3.3 V，為 ADuCM360、運算放大器 OP193和可選基準(zhǔn)電壓源 ADR3412提供電源。

　　uPSD3234反射式紅外心率檢測儀電路設(shè)計

　　本文提出了一種基于uPSD3234的反射式紅外心率檢測儀的設(shè)計方案。方案以單片機uPSD3234作為系統(tǒng)的核心部件，采用匹配濾波等數(shù)字信號處理方法得到心率數(shù)據(jù)，將微電子技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)緊密地結(jié)合在一起，達到 了方案設(shè)計的要求，實現(xiàn)了對人體心率的測量。脈搏波源于心臟搏動并由心臟向外周動脈傳播。它所呈現(xiàn)出的形態(tài)、強度、 速率和節(jié)律等綜合信息， 很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血 液特征。心率是一項重要的生理指標(biāo)。它是指單位時間內(nèi)心臟搏動的次數(shù)， 是臨 床常規(guī)診斷的生理指標(biāo)。為了測量心率信號，有許多技術(shù)可以應(yīng)用，例如：血液測量，心聲測量，ECG 測量等等。本文探討利用血液的高度不透明性及組織與血液透光性的極大 差異，通過光電脈搏傳感器獲取脈搏信號，經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）后，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)字化分析處理，以實現(xiàn)對人體心率的測量。

　　心率信號采集預(yù)處理電路

　　脈搏信號采集預(yù)處理電路主要是將脈搏波轉(zhuǎn)換成電信號， 并進行初步高頻濾 波預(yù)處理。 其關(guān)鍵部分就是光電式脈搏傳感器。 光電式脈搏傳感器按光的接收方 式可分為透射式和反射式兩種。 反射式不僅可以精確測得血管內(nèi)容積變化， 而且在實際應(yīng)用中反射式只需將傳感器接觸身體任何部位， 當(dāng)照射部位的血流量隨心臟跳動而改變時， 紅外線接 收探頭便接收到隨心臟周期性地收縮和舒張的動脈搏動光脈沖信號， 從而采集到 心臟搏動信號。

　　本設(shè)計采用了反射式紅外傳感器。光電式脈搏傳感器采用紅外對 管 KP-2012F3C 和 KP-2012P3C，反射式排列。 KP-2012F3C 具有良好的表皮 照明度，電流一般設(shè)在20mA，亮度由軟件通過 PWM 電流來進行控制，這樣能 夠使紅外 LED 工作在飽和區(qū)域，發(fā)出穩(wěn)定光強的光。KP-2012P3C 晶體管采 用交流耦合結(jié)構(gòu)來增強對微弱信號放大。 經(jīng)晶體管 檢測出來的信號采樣時分兩路。 一路是直流信號線路。 它是晶體管輸出經(jīng)射隨輸 入單片機的 A/D 轉(zhuǎn)換通道口0， 可用來檢測晶體管是否處于有效工作狀態(tài)； 另一 路是交流信號線路。 它是先經(jīng)一射極跟隨器輸入到兩級濾波成形電路然后再輸入 單片機的 A/D 轉(zhuǎn)換通道1.該濾波 電路為兩級帶通濾波電路， 由于脈搏波的頻譜 蘊含豐富病理信息，特別是在5~40Hz 這個區(qū)間的頻譜攜帶了大量與冠心病病 變有關(guān)的信息，故考慮到今后功能的 擴展，預(yù)處理電路的上下限頻率設(shè)計為48Hz 和0.86Hz。

　　激光檢測指示裝置系統(tǒng)電路設(shè)計

　　激光在工業(yè)中應(yīng)用比較廣泛，以往在測量和指示領(lǐng)域中往往通過肉眼來觀察其作用效果。下面介紹一種裝置，使其能檢測激光（紅光650nm），并通過相關(guān)的電子線路用指示燈報警、指示，從而代替人眼，提高測量和指示精度。

　　激光及其電路

　　本設(shè)計對激光器的要求是性價比要高，能夠發(fā)射650nm 的紅光。綜合考慮到：半導(dǎo)體激光器技術(shù)成熟較早、發(fā)展較快，它的波長范圍寬，制作簡單、成本低，并且體積小、質(zhì)量輕、壽命長，因此選用了半導(dǎo)體激光器。由于設(shè)計初期考慮此項目是應(yīng)用到齒輪校正上，因此選用了毫瓦級的一字線式半導(dǎo)體激光器。

　　半導(dǎo)體激光器的運行與驅(qū)動電源有很大的關(guān)系，瞬態(tài)的電流或電壓尖峰等許多因素都很容易損壞激光器。設(shè)計了一個電源檢測電路，利用了maxim 公司的MAX810。MAX810是一種單一功能的微處理器復(fù)位芯片，用于監(jiān)控微控制器和其他邏輯系統(tǒng)的電源電壓，它可以在上電、掉電和節(jié)電情況下向微控制器提供復(fù)位信號。當(dāng)電源電壓低于預(yù)設(shè)的門檻電壓時，器件會發(fā)出復(fù)位信號，直到在一段時間內(nèi)電源電壓又恢復(fù)到高于門檻電壓為止，MAX810有高電平有效的復(fù)位輸出。MAX810的閾植電壓為2.63V，它是針對3V 電源設(shè)計的。當(dāng)電源電壓下降到低于復(fù)位閾值時就會產(chǎn)生復(fù)位信號，這個復(fù)位信號會一直保持到至少在140ms 中電源電壓高于閾值電壓，之后復(fù)位信號釋放。這段延遲時間幫助在電源電壓不穩(wěn)定的情況下保證有效的復(fù)位信號。電路如下圖所示。