温漂对消型脉冲放大接口电路的制作方法

1.本实用新型涉及监测设备技术领域，尤其涉及一种温漂对消型脉冲放大接口电路。


背景技术：

2.城市地下供热管井内部环境极其恶劣，对供热管井运行参数检测系统需要经过特殊设计，其电子电路至少需要满足在-25℃～+100℃的温度环境下正常工作，由于监测系统为电池供电，电路必须工作在间歇工作状态，为探测地下管井井盖是否被盗，本设计发明了一种低功耗涡流控制型振荡器，其脉冲放大电路必须与超低功耗单片机接口，这就要求电路的输出有三种状态，并且在电路进入工作状态的情况下，必须实现低功耗运行，井盖完好时，单片机系统可以检测到低电平，如果井盖被盗，则涡流控制型振荡电路起振，并向单片机输出脉冲串，单片机进入井盖失窃报警程序，一旦探测装置本身被盗或者被破坏移走，则单片机接口悬空，可以探测到高电平，并执行另一种报警程序。
3.现有技术问题及思考：
4.在供热管井的恶劣工作环境即高温高湿中，如何解决不能及时获知供热管井井盖是否被盗的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种温漂对消型脉冲放大接口电路，解决不能及时获知供热管井井盖被盗的问题。
6.为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种温漂对消型脉冲放大接口电路包括控制器、涡流振荡器、放大电路、温度补偿电路、供电电路、第一电源和第二电源，所述涡流振荡器、放大电路和控制器依次电连接，温度补偿电路与放大电路电连接，所述控制器的控制端与供电电路的控制端电连接，所述第一电源与控制器电连接，所述第二电源与供电电路的输入端电连接，所述供电电路的输出端与放大电路的输入端电连接。
7.进一步的技术方案在于：所述涡流振荡器设置在井盖上，所述放大电路为脉冲放大电路，所述供电电路为线性稳压供电电路，线性稳压供电电路、涡流振荡器、脉冲放大电路和温度补偿电路形成感应板。
8.进一步的技术方案在于：所述供电电路包括线性稳压器u1，所述线性稳压器u1的输入端为供电电路的输入端，线性稳压器u1的输出端为供电电路的输出端，线性稳压器u1的使能端为供电电路的控制端。
9.进一步的技术方案在于：所述控制器为单片机u2，单片机u2的第一通信口与放大电路电连接，单片机u2的第二通信口为控制器的控制端。
10.进一步的技术方案在于：所述涡流振荡器为涡流控制振荡器u3，所述放大电路包括第一三极管q1、第三电容c3、第四电容c4和第五至第八电阻r5～r8，所述温度补偿电路包括第二三极管q2和第四电阻r4，涡流控制振荡器u3的输出端经第三电容c3接第一三极管q1
的基极，第一三极管q1的基极依次经第五电阻r5和第八电阻r8接地gnd，第一三极管q1的集电极经第七电阻r7接地gnd，第一三极管q1的发射极经第四电阻r4接第二三极管q2的基极，第二三极管q2的集电极接第一三极管q1的集电极，第二三极管q2的发射极接地gnd，第一三极管q1的发射极为放大电路的输入端，第一三极管q1的集电极接第六电阻r6的一端，第六电阻r6的另一端为温度补偿电路的输出端，第四电容c4与第六电阻r6并联。
11.进一步的技术方案在于：所述第一三极管q1为pnp型三极管，所述第二三极管q2为npn三极管。
12.进一步的技术方案在于：还包括连接器，所述连接器为四针连接器j1，所述控制器通过连接器与放大电路电连接，所述控制器通过连接器与供电电路电连接。
13.进一步的技术方案在于：所述第一电源为给控制器单独提供的电源，所述第二电源为电池。
14.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
15.一种温漂对消型脉冲放大接口电路包括控制器、涡流振荡器、放大电路、温度补偿电路、供电电路、第一电源和第二电源，所述涡流振荡器、放大电路和控制器依次电连接，温度补偿电路与放大电路电连接，所述控制器的控制端与供电电路的控制端电连接，所述第一电源与控制器电连接，所述第二电源与供电电路的输入端电连接，所述供电电路的输出端与放大电路的输入端电连接。其通过控制器、涡流振荡器、放大电路、温度补偿电路、供电电路、第一电源和第二电源等，实现及时获知供热管井井盖的状态并相应知道是否被盗。
16.详见具体实施方式部分描述。
附图说明
17.图1是本实用新型中供电电路的电路原理图；
18.图2是本实用新型中控制器及连接器的电路原理图；
19.图3是本实用新型中涡流振荡器、放大电路及温度补偿电路的电路原理图；
20.图4是本实用新型的电源分布图。
具体实施方式
21.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是本技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似推广，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
23.如图1～图3所示，本实用新型公开了一种温漂对消型脉冲放大接口电路包括控制器、连接器、涡流振荡器、放大电路、温度补偿电路、供电电路、第一电源和第二电源，所述第二电源为电池，所述第一三极管q1为pnp型三极管，所述第二三极管q2为npn三极管，所述涡流振荡器、放大电路和控制器依次电连接，温度补偿电路与放大电路电连接，所述控制器的
控制端与供电电路的控制端电连接，所述第二电源与供电电路的输入端电连接，所述供电电路的输出端与放大电路的输入端电连接。
24.所述涡流振荡器安装在井盖上，所述放大电路为脉冲放大电路，所述供电电路为线性稳压ldo供电电路，线性稳压ldo供电电路、涡流振荡器、脉冲放大电路和温度补偿电路形成感应板。
25.如图1所示，所述供电电路包括线性稳压器u1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一电容c1和第二电容c2，所述线性稳压器u1为低压差线性稳压器ldo，线性稳压器u1的输入端vin为供电电路的输入端，线性稳压器u1的输出端out为供电电路的输出端，线性稳压器u1的使能端ce为供电电路的控制端，其他部件的电连接关系参见图纸不再赘述。
26.如图2所示，所述控制器为单片机u2，控制器即上位机mcu，所述连接器为四针连接器j1，第一电阻r1为上拉电阻，所述第一电源为给上位机单独提供的电源，所述第一电源与控制器电连接，单片机u2的第一通信口gpio1经第一电阻r1接第一电源的正极，单片机u2的第一通信口gpio1通过连接器与放大电路电连接，单片机u2的第二通信口gpio2为控制器的控制端，所述控制器的控制端通过连接器与供电电路电的控制端连接，其他电连接关系参见图纸不再赘述。
27.如图3所示，所述涡流振荡器为涡流控制振荡器u3，所述放大电路包括第一三极管q1、第三电容c3、第四电容c4和第五至第八电阻r5～r8，所述温度补偿电路包括第二三极管q2和第四电阻r4，涡流控制振荡器u3的输出端经第三电容c3接第一三极管q1的基极，第一三极管q1的基极依次经第五电阻r5和第八电阻r8接地gnd，第一三极管q1的集电极经第七电阻r7接地gnd，第一三极管q1的发射极经第四电阻r4接第二三极管q2的基极，第二三极管q2的集电极接第一三极管q1的集电极，第二三极管q2的发射极接地gnd，第一三极管q1的发射极为放大电路的输入端，第一三极管q1的集电极接第六电阻r6的一端，第六电阻r6的另一端为温度补偿电路的输出端，第四电容c4与第六电阻r6并联。
28.本技术的技术贡献：
29.整体电路由涡流控制振荡器、脉冲放大及输出电路组成。为适应非常大的环境温度变化范围，各级电路必须进行温度补偿电路的设计，为保证低功耗及对单片机接口工作状态稳定，本电路的输出级工作在放大初始区，处于近截至状态，为尽可能减小温度大范围变化对输出电路状态的影响，为在单片机接口获得稳定的低电平输出，本电路对输出级进行了特殊的温漂对消设计。
30.技术方案说明：
31.1、系统组成及工作原理：
32.如图4所示，系统由感应板和上位机组成，感应板包括ldo供电电路、涡流控制振荡器、脉冲放大电路和温度补偿电路，涡流控制振荡器采用电容三点自激式振荡电路，使用罐状磁芯绕线形成电感槽路，将罐状磁芯的磁性盖板去掉，可以使罐状磁芯的磁场处于开路态，铁质受检井盖位于罐状磁芯的上方，可通过井盖形成闭合磁场，当上方无井盖时，振荡电路起振，通过放大电路形成脉冲串方波。当上方井盖闭合时，磁场于井盖中形成涡流，由于磁场损耗的增加导致振荡电路停振。以上变化的信号均经低功耗脉冲放大及输出电路送往主控单片机接口。所述温度补偿电路即图中的温漂对消接口电路，所控制器即图中的mcu，所述供电电路即图中的ldo。
33.2、感应板ldo供电电路：
34.如图2所示，vin是由电池提供的3.6v供电，u1为低压差高精度ldo，输出3.3v为涡流控制振荡器、脉冲放大电路和温度补偿电路供电。为进一步降低功耗，可以让感应板电路工作在间歇状态，单片机通过一个io控制该电路的使能端即网络power_on，控制u1的ce引脚，当单片机io输出低电平时，u1断电，电路进入休眠状态，此时的静态功耗小于0.2ua。当单片机io输出高电平时，u1输出3.3v电源，感应板电路开始工作。通过控制该电路使能端的高低电平比例，可以控制整体电路功耗，若使该电路大部分时间不工作，可以大大降低该电路功耗。
35.3、上位机及连接器接口电路：
36.如图2所示，u2为mcu，v3.3_1是上位机单独提供的电源，mcu需要提供2个io口，通过连接器j1，实现对感应板的供电、控制、信号接收。其中的gpio2即power on口为使能端，用于涡流控制振荡器及脉冲放大电路板的电源控制，控制感应板电源(u1)的开启和关闭，可以大大节省电源消耗。另一个gpio1即output口在上位机侧使用电阻上拉至3.3v，用于接收感应板输出的矩形脉冲。由单片机mcu判断井盖状态，gpio1即output口上共有三种类型的输入信号：1)、脉冲串信号，由涡流控制振荡器起振产生，表示井盖已丢失；2)、低电平，由涡流控制振荡器停振产生，表示井盖还在；3)、高电平，表示连接单片机的口线已断开，或传感器本身已丢失。
37.4、脉冲放大电路：
38.如图3所示，振荡器停振时，pnp型三极管q1处于放大起始区，近截止状态，输出低电平。振荡器起振时，q1在放大区和截止区来回切换，输出脉冲串。r6和c4用于输出波形的沿整形。
39.5、温漂对消电路：
40.如图3所示，温度补偿电路即温漂对消电路，温度升高时会使三极管q1的集电极电流增大，导致电阻r7上压降增加，使输出低电平电压抬高，影响输出的稳定性。为此加入了npn三极管q2，与q1形成对偶，当温度升高时，q2的漏电流也会随着增加，将q1增加的漏电流旁路掉，使电阻r7上的电平基本不升高，保证了不同温度下输出低电平的稳定性。
41.本技术保密运行一段时间后，现场技术人员反馈的有益之处在于：
42.该装置可以适应供热管井-25℃～+100℃的恶劣环境，输出级采用温漂对消设计，整个装置实现了超低功耗设计，具有井盖失窃报警功能，同时还具备设备本身的防盗报警功能。
43.通过磁罐绕线电感磁场在铁质井盖中形成的涡流，控制振荡器的起振和停振。通过温度补偿电路，实现对输出波形的温漂补偿，使电路可于供热管井-25℃～+100℃的恶劣环境中输出正常的波形。