一种基于ESP32的噪声对消高精度数据采集装置的制作方法

本实用新型涉及数据采集技术领域，具体是一种基于esp32的噪声对消高精度数据采集装置。

背景技术：

目前，市面上存在的ad采集的称重系统，大多数都是用单通道ad采集，对噪声影响的处理，分为以下几种：第一种就是直接将ad采集出来的数据，在软件上面采用滤波的方法来使得采集的数据相对稳定可靠；第二种就是在硬件电路上做处理，比如采用高精度的24位的ad转换芯片，以及在传感器上做硬件去噪声，第三种就将前两种结合起来，不仅在硬件电路上做消除噪声处理，而且还在软件上面对采集到的数据进行处理。

根据以上信息，传统ad采集称重系统的方法，会增加外设电路或者是增加软件的代码处理量。这做会导致采集的ad值并不是原来的初始值，会把ad转换误差和电源噪声影响后的ad值一起采集起来。这样浪费了高精度ad转换芯片的转换精度，而且转化出来的数据在软件的滤波中会有滞后的现象，降低了采集的数据实时性和可靠性。

本实用新型针对传统的ad采集称重系统突出的不足，设计了一种双通道，噪声对消的ad采集称重系统。保证了采集数据的可靠性，充分的利用了ad转换的精度。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种基于esp32的噪声对消高精度数据采集装置，该装置结构简单，采集的数据可靠性高、精度高。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种基于esp32的噪声对消高精度数据采集装置，包括数据采集模块、数据转换模块、主控模块、驱动电路模块、输入模块、显示模块，数据采集模块的信号输出端与数据转换模块的信号输入端连接，数据转换模块的信号输出端与主控模块的信号输入端连接，主控模块还与驱动电路模块单向向通信连接，输入模块与驱动电路模块单向通信连接，驱动电路模块的信号输出端还与显示模块连接。

所述的主控模块，是基于esp32芯片的主控制器。

所述的数据转换模块，是基于24位的高精度ads1232转换芯片的转换模块，采用双通道交叉采集数据采集模块传输的信号。

所述的驱动电路模块，是基于低功耗ht16lk24芯片的驱动模块，通过spi接口与主控模块连接。

所述的数据采集模块，为称重传感器。

所述的显示模块，用于显示采集并处理后的数据。

所述的输入模块为按键，用于切换精度和设置参数，如不同的重量范围、清除、置零，切换屏幕的亮度等级，还具有基本的计算器等功能。

有益效果：本实用新型提供的一种基于esp32的噪声对消高精度数据采集装置，该装置能够准确的采集到数据采集模块的ad值，采集到的ad值稳定度好，跳动小，利用ad的高位数、高精度的特点，不会出现精度浪费的情况，能够使称重系统分辨出更微小的跳动。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为主控模块的电路原理图；

图3为数据转换模块的电路原理图；

图4为驱动电路模块的电路原理图；

图5为输入模块和显示模块的电路原理图；

图6为本实用新型工频干扰抑制效果对比图；

图7为本实用新型的数据处理原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型内容做进一步阐述，但不是对本实用新型的限定。

实施例：

如图1所示，一种基于esp32的噪声对消高精度数据采集装置，包括数据采集模块、数据转换模块、主控模块、驱动电路模块、输入模块、显示模块，数据采集模块为的信号输出端与数据转换模块的信号输入端连接，数据转换模块的信号输出端与主控模块的信号输入端连接，主控模块还与驱动电路模块单向通信连接，输入模块与驱动电路模块单向通信连接，驱动电路模块的信号输出端还与显示模块连接。

如图2所示，所述的主控模块，是基于esp32芯片的主控模块，通过spi通信方式对ads1232采集到的差分信号进行噪声对消和工频抑制处理；对液晶和按键驱动采用spi通信方式芯片进行驱动和控制；esp32芯片内部集成了天线和射频巴伦、功放、低噪声放大器、电源管理模块、涵盖时钟门控、省电模式和动态电压调整等特征，具有低功耗的优点，可以延长待机时间；片上集成了2.4ghz双模wi-fi和蓝牙芯片，对于产品后续的升级、功能拓展以及在物联网上的应用提供了优势。

如图3所示，所述的数据转换模块，是基于24位的高精度ads1232转换芯片的转换模块，采用双通道交叉采集数据采集模块传输的信号；该模块的电路是ad采集电路，称重传感器输出的是差分信号，图中的ainn1、ainp1和ain2_n、aip2_p是ads1232的两路采集通道，通过spi通信模式将采集到的数据送入到esp32主控模块中，在电路中称重传感器将感应到的信息经过通过接口p3的2端口和3端口进来，经由电容c29使得ainp1，ain2_n和ainn1，aip2_p的高频毛刺信号平滑，电容c28和电容c30分别将ainp1，ain2_n和ainn1，aip2_p再次平滑，实现硬件滤波。

如图4所示，所述的驱动电路模块，是基于低功耗ht16lk24芯片的驱动模块，通过三线制的spi通信模式ht16lk24与主控模块esp32进行数据通信，将esp32中处理过数据显示到定制的液晶屏幕上，同时监测按键的输入，大大减少了对esp32主控芯片的i/o资源的占用；而现有的同类的装置大多将输入模块和显示模块分开驱动，占用资源多成本高，灵活度低。

所述的数据采集模块，为称重传感器。

所述的显示模块，用于显示采集并处理后的数据。

所述的输入模块为按键，用于切换精度和设置参数，如不同的重量范围、清除、置零，切换屏幕的亮度等级，还具有基本的计算器等功能。

如图5所示，是按键输入、液晶显示和液晶背光的电路，此三个部分的全部驱动集成在低功耗ht16lk24芯片上。

本装置的工作原理为：称重传感器采集数据，采集到的数据传输至ads1232芯片进行数据转换，经过数据转换后，传输至主控模块，对转换过后的数据进行噪声对消和工频抑制处理，得到精确的ad数据，经过驱动电路模块，驱动显示模块，最终在显示模块中进行显示；同时按键输入电路通过ht16lk24芯片与主控模块esp32的通信可以对采集到的数据进行累加、清零、精度转换，按键输入电路集成了一个计算器，便于计算物质的重量。

通过ads1232交叉采集传感器（可以是重量，压力等差分信号的传感器）的数值，通过工频抑制原理抑制工频干扰，在主控芯片esp32中采用如图7所示的方法对数据进行噪声对消处理，通过主控芯片对ht16lk24芯片采用spi模式通信，把处理后到的数据显示到液晶上，以称重传感器为例，可以把按键设置为累计，存储等形影的功能。

采用过采样方法，根据工频信号在数据采集中存在的相位周期特性，可以通过选用合适的采样频率使得在每个工频周期的相同相位采样。因为过采样的原理，在每一次取出采集值的时候是将同一个采样点多次采样，然后进行累加求和再求平均。通过交叉采集、相位翻转，在累加求和的时候可以把工频信号的干扰抑制掉。如图6所示，采用同相位法采样得到的数据周期性好，可以选用合适的频率翻转相位，使得求和后的值趋于平滑。而如果不做相位处理和选用合适的采样频率，采集得到的数据从图6中可以看出数据周期性比较差，在进行数据求累加和后依旧不为零，存在工频干扰。

如图7所示，以称重传感器为例，称重传感器传输的是差分信号，假设ainp1，ainn1通道采集到的是ad值是a+δa,ain2_n，aip2_p通道采集到的ad值是a+δb，因为采用的时交叉采集称重传感器的ad值，如果其中一路采集到的ad值为正值那么另外一路通道采集到的ad值就为负的。本实用新型假设设ainp1，ainn1通道采集到的是ad值为正值，ain2_n，aip2_p通道采集到的ad值为负值；其中a代表的是ad采集的有效值，δa和δb分别代表的是ainp1通道和ainn1通道采集到的电源噪声和转换误差所具有的ad值，通过处理数据处理框图，将ainp1，ainn1通道和ain2_n，aip2_p通道采集到的原始信号直接求和，将求和得到的值作为噪声源，将ainp1，ainn1通道和ain2_n，aip2_p通道采集到的原始信号取模后求和，并将取模求和得到的信号作为原始信号输入，根据图二的数据处理框图可得出。输入的原始信号为2a+δa+δb，其中令2a=s,n=δa+δb，噪声源为x=n,令n=δa-δb。

本实施例采用的参考输入是，当采集的数值出现概率最高的值当做稳定值，出现变动的、概率最高的值作为噪声干扰后的值，它们们两个之间的差值作为参考输入。本实用新型的输入可以看成是零均值的平稳随机过程。输出z=d-y=s+n-y,

输出信号的均方值：e[z2]=e[(d-y)²]

由于输入s与n和n都不相关则：e[z²]=e[s²]+e[(n-y)²]

即当e[(n-y)²]位最小值时，实现对噪声的对消。