一种多通道微应变数据采集系统用电源管理单元

摘要

本发明公开了仪器检测领域的一种多通道微应变数据采集系统用电源管理单元，包括集成电压比较器，以及依次连接升压变换集成电路和低压差线性稳压集成电路，升压变换集成电路的输入端用于接收多通道微应变数据采集系统的电源输出的同相输入信号VB，输出5.5V的升压信号，低压差线性稳压集成电路接收升压变换集成电路输出的升压信号，低压差线性稳压集成电路的输出端与集成电压比较器之间的反相输入端之间设有一个磁性电感，用于输出反相输入信号VA，集成电压比较器接收低压差线性稳压集成电路输出的反相输入信号VA，集成电压比较器的同相输入端用于接收同相输入信号VB；反相输入信号VA的幅值大于等于同相输入信号VB的幅值时，集成电压比较器的输出为0，反之集成电压比较电路的输出为1。

说明书

技术领域

本发明涉及仪器检测领域的一种多通道微应变数据采集系统用电源 管理单元。

背景技术

工程建筑、桥梁、水库大坝等领域由于地质条件、自然环境等因素的 复杂性,人们在认识上尚有一定的局限性,还不能在设计中预见所有的工 程安全问题,从而难免潜在的安全风险，很多工程事故一般要经历从性态 变化而导致恶化过程,因此工程安全监测是及时发现工程隐患的一种有效 方法。通过仪器监测和人工巡视检查,对工程进行系统的监测和测试,可以 及时获得工程安全的有关信息,早期发现异常症状,从而采取对策,确保工 程安全。因此在工程建筑、桥梁、水库大坝等领域等工程建立安全监测系 统,对工程进行全过程的监测是十分必要的。而微应变更是工程地基监测 的一个重要环节。

工程中微应变监测节点多，而且需要长期监测，这给一种多通道微应 变数据采集系统用电源的管理，以保证多通道微应变数据采集系统的精确 采样带来了困难。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种多通道微应变数 据采集系统用电源管理单元，用以为多通道微应变数据采集系统提供双重 稳压处理的高稳定工作电源以及实现为多通道微应变数据采集系统提供 高稳定的双基准电压供电，以保证多通道微应变数据采集系统的精确采 样。

实现上述目的一种技术方案是：一种多通道微应变数据采集系统用电 源管理单元，包括集成电压比较器，以及依次连接升压变换集成电路和低 压差线性稳压集成电路，所述升压变换集成电路的输入端用于接收多通道 微应变数据采集系统的电源输出的同相输入信号VB，输出5.5V的升压信 号，所述低压差线性稳压集成电路接收所述升压变换集成电路输出的升压 信号，所述低压差线性稳压集成电路的输出端与所述集成电压比较器之间 的反相输入端之间设有一个磁性电感，用于输出反相输入信号VA，所述集 成电压比较器接收所述低压差线性稳压集成电路输出的反相输入信号VA， 所述集成电压比较器同相输入端用于接收所述同相输入信号VB；

所述反相输入信号VA的幅值大于等于所述同相输入信号VB的幅值 时，所述集成电压比较器的输出为0，反之所述集成电压比较电路的输出 为1。

进一步的，所述集成电压比较器的同相输入端和反相输入端分别设有 一个分压电路。

进一步的，该多通道微应变数据采集系统用电源管理单元还包括降压 变换集成电路，所述降压变换集成电路的输入端连接所述升压变换集成电 路的输出端，用以接收所述升压变换集成电路输出的升压信号，所述降压 变换集成电路输出3.3V的电压信号。

进一步的，该多通道微应变数据采集系统用电源管理单元还包括，所 述反极性变换集成电路将所述同相输入信号变换至-5.5V的电压信号，所 述低压差负电源稳压集成电路的输入端接收该-5.5V的电压号，所述低压 差负电源稳压集成电路的输出端输出-5V的电压信号。

进一步的，该多通道微应变数据采集系统用电源管理单元还包括基准 源集成电路和集成运算放大器，所述基准源集成电路的输入端连接所述低 压差线性稳压集成电路的输出端，用于将5.0V的反相输入信号变换成3.0V 的电压信号，所述基准源集成电路的输出端连接所述集成运算放大器的反 相输入端和所述集成运算放大器的同相输入端。

再进一步的，所述集成运算放大器的输出端连接有一个磁性电感。

采用了本发明的一种多通道微应变数据采集系统用电源管理单元的 技术方案，包括集成电压比较器，以及依次连接升压变换集成电路和低压 差线性稳压集成电路，所述升压变换集成电路的输入端用于接收多通道微 应变数据采集系统的电源输出的同相输入信号VB，输出5.5V的升压信号， 所述低压差线性稳压集成电路接收所述升压变换集成电路输出的升压信 号，所述低压差线性稳压集成电路的输出端与所述集成电压比较器之间的 反相输入端之间设有一个磁性电感，用于输出反相输入信号VA，所述集成 电压比较器接收所述低压差线性稳压集成电路输出的反相输入信号VA，所 述集成电压比较器同相输入端用于接收所述同相输入信号VB；所述反相输 入信号VA的幅值大于等于所述同相输入信号VB的幅值时，所述集成电压 比较器的输出为0，反之所述集成电压比较电路的输出为1。其技术效果 是：其为多通道微应变数据采集系统提供双重稳压处理的高稳定工作电源 以及实现为多通道微应变数据采集系统提供高稳定的双基准电压供电，以 保证多通道微应变数据采集系统的精确采样。

附图说明

图1为本发明的一种多通道微应变数据采集系统用电源管理单元的升 压变换集成电路、低压差线性稳压集成电路和降压变换集成电路的连接 图。

图2为本发明的一种多通道微应变数据采集系统用电源管理单元的低 压差负电源稳压集成电路和反极性变换集成电路的连接图。

图3为本发明的一种多通道微应变数据采集系统用电源管理单元的基 准源集成电路和集成运算放大器的连接图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行 理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：

本发明的一种多通道微应变数据采集系统用电源管理单元包括升压 变换集成电路1、低压差线性稳压集成电路2、降压变换集成电路3、低压 差负电源稳压集成电路4、反极性变换集成电路5、基准源集成电路6、集 成运算放大器7和集成电压比较器。本发明的一种多通道微应变数据采集 系统用电源管理单元用以为多通道微应变数据采集系统提供双重稳压处 理所需的高稳定工作电源，并用以实现为多通道微应变数据采集系统提供 高稳定的双基准电压供电。

其中升压变换集成电路1所采用的是德州仪器的LM2700升压变换集 成电路，其上设有三个PGND引脚，三个SW1引脚，一个AGND引脚，VIN1 引脚、SHUT-引脚、FB1引脚、VC1引脚、FLCT1引脚，其中三个PGND引脚 和一个AGND引脚同时接地，VIN1引脚和SHUT-引脚短接。AGND引脚与VIN1 引脚之间连接有第一极性电容CF1，其中第一极性电容CF1的正极连接 VIN1引脚，负极连接AGND引脚。三个SW1引脚与VIN1引脚之间通过第一 电感L1连接，第一电感L1的第一端部连接VIN1引脚，第二端部同时连 接三个SW1引脚。电池的电压信号BT通过VIN1引脚输入升压变换集成电 路1。同时升压变换集成电路1的FSLCT1引脚接地，VC1引脚通过依次串 联的第一电阻R1和第一电容C1接地，FB1引脚通过第二电阻R2接地。同 时SW1引脚还通过依次串联的第一二极管D1、第三电阻R3和第一发光二 极管LD1接地，其中第一二极管D1的正极连接三个SW1引脚，第一发光 二极管LD1的负极接地，第三电阻R3连接第一二极管D1的负极和第一发 光二极管LD1的正极。同时，第二电阻R2与第一二极管D1的负极之间设 有第四电阻R4。第一二极管D1的负极还通过第二极性电容CF2接地，其 中第二极性电容CF2的正极连接第一二极管D1的负极，第二极性电容CF2 的负极接地。

低压差线性稳压集成电路2采用的是亚诺德公司的ADP3330-5低压差 线性稳压集成电路，其上设有IN2引脚、ERR-引脚、SD-引脚、NR引脚、 OUT2引脚和GND2引脚。其中IN2引脚连接第一二极管D1的负极，并同时 通过第二电容C2接地。GND2引脚接地，OUT2引脚通过并联设置的第三电 容C2和第三极性电容CF3接地，其中第三极性电容CF3的正极接OUT2引 脚，负极接地。同时，OUT2引脚还连接有第一磁性电感LB1。

降压变换集成电路3采用德州仪器的LM3670降压变换集成电路。降 压变换集成电路3上设有VIN3引脚、EN3引脚、GND3引脚、SW3引脚和 FB3引脚。其中VIN3引脚与低压差线性稳压集成电路2的IN2引脚短接。 VIN3引脚也与EN3引脚短接。EN3引脚与GND3引脚之间设有第四电容C4。 同时VIN3引脚还连接第二极性电容CF2的正极。同时SW3引脚和FB3引 脚之间连接有第二电感L2，FB3引脚还通过第四极性电容CF4接地，其中 第四极性电容CF4的正极接FB3引脚，负极接地。

反极性变换集成电路4采用德州仪器的意法半导体的TPS3700反极性 变换集成电路，反极性变换集成电路4上设有VIN4引脚、EN4引脚、PS_GND 引脚、IN4引脚、GND4引脚、VREF4引脚、FB4引脚、OUT4引脚、SW4引 脚和COMP4引脚。PS_GND引脚和GND4引脚同时接地，VIN4引脚通过第五 电容C5接地，VIN4引脚与IN4引脚之间连接有第五电阻R5。VREF4引脚 通过第六电容C6接地。VREF4引脚与FB4引脚之间连接有第六电阻R6， FB4引脚和OUT4引脚之间连接有第七电阻R7，FB4引脚和OUT4引脚之间 连接有相互串联的第八电阻R8和第九电容C9，其中第九电容C9连接FB4 引脚，第八电阻R8连接OUT4引脚。OUT4引脚和SW4引脚连接有第二二极 管D2，其中第二二极管D2的正极连接OUT4引脚，负极连接SW4引脚。OUT4 引脚还通过相互并联的第五极性电容CF5和第八电容C8接地，其中第五 极性电容CF5的正极接地，负极接OUT4引脚。SW4引脚通过第三电感L3 接地，COMP4引脚通过第七电容C7接地。

低压差负电源稳压集成电路5采用德州仪器的LT1964S-5低压差负电 源稳压集成电路。低压差负电源稳压集成电路5上设有IN5引脚、SHTD引 脚、GND5引脚、OUT5引脚和BYP引脚。其中IN5引脚连接反极性变换集 成电路4的OUT4引脚，IN5引脚和SHTD引脚短接，GND5引脚接地。OUT5 引脚和BYP引脚通过第十电容C10连接，OUT5引脚还通过相互并联的第六 极性电容CF6和第十一电容C11接地，其中第六极性电容CF6的负极接地， 正极接OUT5引脚。OUT5引脚还连接有第二磁性电感LB2。

基准源集成电路6采用的是依法半导体的REF193基准源集成电路。 基准源集成电路6上设有VS6引脚、SLEEP引脚、GND6引脚、OUT6引脚、 第一TP引脚和第二TP引脚。其中VS6引脚与SLEEP引脚短接，VS6引脚 通过第十二电容C12和第七极性电容CF7接地，第七极性电容CF7的负极 接地，正极接VS6引脚。GND6引脚接地。OUT6引脚通过第八极性电容CF8 接地，第八极性电容CF8的负极接地，正极接接OUT6引脚。

集成运算放大器7采用德州仪器的LM339集成运算放大器7。集成运 算放大器7的反相输入端通过第九电阻R9连接基准源集成电路6的OUT6 引脚。集成运算放大器7的反相输入端通过第十电阻R10连接集成运算放 大器7的输出端。集成运算放大器7的同相输入端通过第十一电阻R11接 地。集成运算放大器7的输出端连接第三磁性电感LB3，第三磁性电感LB3 通过第十三电容C13接地。

所述集成电压比较器意法半导体的LM339电压比较器芯片。

众所周知，传统的集成运算放大器7的输出电容都是有限制的，本发 明的一种多通道微应变数据采集系统用电源管理单元，在输出端子采用磁 性电感，即第三磁性电感LB3，代替了输出电容，是为了对其输出的+2.5V 采样基准电压进行大电容滤波，使+2.5V采样基准电压更加精准。

本发明的一种多通道微应变数据采集系统用电源管理单元对系统供 电电源的监测是通过以下途径实现的：输入所述集成电压比较器的反相输 入端的反相输入信号VA是将+5V的基准电压通过分压电路进行二分之一分 压后形成的，多通道微应变数据采集系统的电池组供电电压BT经通过分 压电路进行二分之一分压后，形成所述集成电压比较器的同相输入端的同 相输入信号VB，当VB>VA时，即多通道微应变数据采集系统的电池供电状 态处于正常，所述集成电压比较器的输出为1；当VB<VA时，即多通道微 应变数据采集系统的电池供电状态不正常，所述集成电压比较器的输出为 0，后面通过微处理器对所述集成电压比较器的输出0或1的判断便可获 知电池组的状态信息。

多通道工程微应变数据采集系统中的电源管理单元为本系统中的各 单元提供相应的正负5V高稳定度工作电源、为ZigBee无线通信模块及短 程蓝牙模块提供+3.3V工作电源、为信号采集系统提供+3.0V及-3.0V基准 工作电源。

其中+5V高稳定度工作电源是通过以下途径实现的：所配置的并联锂 电池组提供的+3.0V到+4.2V的电压被升压变换集成电路1升压至+5.5V， 该+5.5V的电压经由低压差线性稳压集成电路2后输出极其稳定的+5V工 作电源。

-5V高稳定度工作电源是通过以下途径实现的：并联锂电池组提供的 +3.0V到+4.2V的电压经反极性变换集成电路4变换至-5.5V，该-5.5V的 电压经由低压差负电源稳压集成电路5后输出极其稳定的-5V工作电源。

+3.3V高稳定度工作电源是通过以下途径实现的：升压变换集成电路 1输出的+5.5V电压还作为降压变换集成电路3的输入电源，经降压变换 集成电路3变换为+3.3V工作电源。

+3.0V及-3.0V基准工作电源是通过以下途径实现的：低压差线性稳 压集成电路2输出的+5V高稳定工作电源还作为基准源集成电路6的输入 电源，经基准源集成电路6处理后输出高稳定+3.0V电压信号，该高稳定 +3.0V电压信号还作为集成运算放大器7所构成的1比1反向跟随器输出 -3.0V基准工作电源。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说 明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围 内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。