藥品灌裝線動態稱重系統模擬低通濾波電路的制作方法
【專利摘要】本發明是基于藥品灌裝線實時稱重系統的底層硬件電路模擬低通濾波電路。系統前端采集通道模擬信號電路采用兩級放大架構，MAX293濾波器置于兩次放大之間，用于提取藥品的稱重信號，經過第二次放大后模擬信號就被轉換成標準5V模擬信號，最后信號輸入16位A/D轉換器轉。MAX293不僅是模擬電路的核心也是整個底層模塊的核心，它的核心任務是濾除藥品灌裝線的強迫振動干擾。MAX293可選用兩種方式提供濾波時鐘頻率，一種是直接在CLK引腳上接電容，與內部的電阻形成RC振蕩電路，向MAX293輸入三角波；另一種是由外部邏輯器件提供方波信號。本模擬電路采用單片機提供方波信號的方式提供濾波始終信號。模擬電路的二級放大器選用MAX4486，其內部有運放A和運放B兩個運算放大器，運放A組成的放大器作為模擬電路的二級放大器。
【專利說明】藥品灌裝線動態稱重系統模擬低通濾波電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種模擬低通濾波電路，具體涉及一種適用于藥品灌裝線實時稱重系統的底層硬件模擬低通濾波電路。
【背景技術】
[0002]藥品計量包裝是藥品生產的重要環節。藥品稱量包裝的準確與否不單影響到企業的信譽和經濟效益，更關系到服用者的生命安全。制藥行業一般采用事后人工抽檢的方式實現對灌裝量的控制，這既不能保證每瓶藥劑計量的準確性，也有礙于藥企的生產效率。目前，藥品主要可分為顆粒狀、液態和粉末狀3種形態，其中粉末狀藥品由于其極小的形態極易在灌線上受到外部的擾動而造成灌裝量的偏差。但是，國內在粉末狀藥品灌裝線動態稱重系統的研宄還處于起步階段，沒有一套可實用的系統。該項技術的研發有助于在源頭掌控粉末狀藥品的質量，對提高藥企的生產效率和保證患者的健康都具有重要意義。藥品灌裝線動態稱重系統包含1臺作為人機界面及數據處理的上位機和底層硬件系統，底層硬件系統由1套主機板和8套前端模塊組成。著重介紹底層硬件系統，用于采集稱重傳感器感應到的電壓信號，并將其轉換為數字信號傳給上位機做進一步數字濾波處理。由于稱重傳感器感受到的電壓信號只有幾毫伏，極易受到外部環境的干擾，底層硬件系統中的前端模塊就需對傳感器的原始信號進行模擬信號濾波處理，以期達到濾除夾雜在信號中的高頻干擾、共模干擾和灌裝線的振動干擾等噪聲，提取出較為潔凈的傳感器信號。
【發明內容】
[0003]本設計主要實現藥品灌裝在線稱重系統的底層硬件模擬低通濾波電路設計。為了實現濾波目的，前端采集通道模擬信號電路采用兩級放大架構，1^X293濾波器置于兩次放大之間，用于提取藥品的稱重信號，經過第二次放大后模擬信號就被轉換成標準〖V模擬信號，最后信號輸入16位八/0轉換器轉。二級放大還可以避免將無用的噪音放大到〖V而做無用功，一級放大器將稱重信號放大到1/1X293的觸發電壓，二級放大用以提高信號增益和濾除嫩乂293振蕩波，并且增加模擬信號帶負載的能力。采用該種設計方案來處理稱重信號的優點:電路功耗小，靈敏度高，結構簡單。
[0004]1/1X293不僅是模擬電路的核心也是整個底層模塊的核心，它的核心任務是濾除藥品灌裝線的強迫振動干擾。嫩乂293為八階橢圓形切比雪夫濾波器，具有陡峭的上升沿，使其幅頻特性曲線更加接近于矩形，極其適合于快速稱重；但是通帶內有較強的波動量，且上升沿時間越短，波動量越大，即階躍響應的過沖越大，不利于減少穩定時間。
[0005]1^X293可選用兩種方式提供濾波時鐘頻率，一種是直接在0^引腳上接電容，與內部的電阻形成％振蕩電路，向嫩乂293輸入三角波；另一種是由外部邏輯器件提供方波信號。本模擬電路采用單片機提供方波信號的方式提供濾波始終信號。
[0006]模擬電路的二級放大器選用嫩乂4486，其內部有運放八和運放8兩個運算放大器，運放八組成的放大器作為模擬電路的二級放大器。模擬電路的二級放大器不單要將信號做二次放大處理，濾除1/1X293階躍響應通帶的振動量，而且不能放大加載在模擬放大器上的偏置電壓。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1為前端采集通道數字電路架構；
圖2為前端采集通道模擬電路架構；
圖3為模擬放大器I嫩128模擬電路圖；
圖4為83-485接口電路圖。
【具體實施方式】
[0008]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0009]圖1為前端采集通道數字電路架構，前端采集通道的數字電路包括485通信電路和微處理器兩部分。前端采集子模塊的485通信電路與通訊子模塊類似，需要與高速光耦連接6附37連接后再與單片機相連。但是前端采集子模塊的微處理被賦予更多的使命，器除了通信控制外，還要對采集的數據均值濾波、設定1/1X293的濾波截止頻率和控制仙轉化器的開關。八路前端采集通道都設計有未處理芯片，一方面是為了提供通道的工作效率，另一方面可以有效阻隔串擾。當兩路以上前端采集通道同時工作時，單片機將同時向嫩父293輸入高頻濾波截止頻率，假如通道與通道間在電源線路上存在耦合線路，將會發生信號的混淆，對模擬信號電路的輸出產生極大的影響，采集到的模擬信號呈現頻率固定的振蕩波形。因此，每一路通道都設計有單片機和隔離電源模塊，實現通道的獨立工作，從物理線路上切斷耦合途徑。模擬信號電路采集藥品質量信號的同時還采集到其他高頻雜散信號，1/1X293的作用是濾除灌裝線的低頻強迫振動干擾，為了濾除高頻雜散干擾本系統采用1024組數據均值濾波處理的方式，根據實驗數據該方案有效實現了濾除雜散信號干擾的效果。
[0010]圖2為前端采集通道模擬電路架構，前端采集通道模擬信號電路采用兩級放大架構。由于嫩乂293的輸出存在嚴重的超調和振蕩，如果采用一次放大的方法，將造成嫩乂293輸出的振蕩周期變長和振幅變大，延長信號采集子模塊的建立時間和影響系統的穩定性，所以減少系統達到穩定的時間，前端采集模塊采用兩級放大架構。
[0011]嫩乂293濾波器置于兩次放大之間，用于提取藥品的稱重信號，經過第二次放大后模擬信號就被轉換成標準〖V模擬信號，最后信號輸入16位八/0轉換器轉。二級放大還可以避免將無用的噪音放大到訊而做無用功，一級放大器將稱重信號放大到1/1X293的觸發電壓，二級放大用以提高信號增益和濾除1/1X293振蕩波，并且增加模擬信號帶負載的能力。
[0012]圖3為模擬放大器I嫩128模擬電路圖，前端模塊的模擬電路輸出電壓只有幾毫伏，因此模擬電路的總放大倍數設定為990倍，其中第一級放大器I嫩128的放大倍數為330倍。圖中和財組成射頻干擾濾波器，不但可以有效濾除外部射頻干擾，而且因為…和財的存在阻隔了放大器和稱重傳感器，增加了放大器的過載保護能力。I嫩128擁有不低于120(18的共模抑制比，為了不影響放大器的共模一直能力，⑶/…和⑶/財在數值、規格、位置和布線上都嚴格對稱。電容07跨接在放大器的正負輸入端，與⑶和⑶電容并聯相接，07可以有效的減小⑶和⑶造成的不匹配誤差，一般07的電容值是⑶或⑶的十倍，那么就能夠將⑶和⑶的不匹配誤差減小二十倍。
[0013]08/^3,09/1^4和07組成的濾波網絡用于濾除放大器輸入端的差模射頻干擾，即放大器正負輸入端之間的干擾。
[0014]08/1^3或⑶/財組成的濾波電路用于濾除放大器輸入端的共模射頻干擾，即放大器正輸入端或負輸入端相對于地的干擾。
[0015]稱重傳感器的輸出電阻為350 0左右，根據阻抗匹配原則，…和財的阻值設定為11(0，選取⑶和⑶的容值為1000^47的容值為0.01 由公式可得模擬電路前端濾波網絡的差模濾波截止頻率為7571.4取，共模濾波截止頻率為15抓取。
[0016]稱重傳感器單位階躍響應的過度時間為101118，建立時間超過1001118。I嫩128的壓擺率為必丨8,增益為1000倍時的建立時間為80 V 8，所以I嫩128可以在響應速率上完全滿足系統要求。
[0017]I嫩128的最大零點漂移為± 125 V V，即當正負輸入端都接地時，輸出端的電壓為土 125 V V。如果稱重傳感器輸入過小，而零點漂移又為負值時，可能使模擬電路的輸出為負值。因此需要在I嫩128的參考端(即?)輸入偏置電壓，補償I嫩128可能為負值的零點漂移電壓，本系統中的偏置電壓電路由1^X4486的8運放組成的電壓跟隨器提供，電壓為IV。
[0018]如圖4所示為1^-485接口電路圖，1/1X293的輸出信號輸入由狀、四、810和運放八組成的同向放大電路，放大倍數為三倍。運放4的負輸入端接I嫩128的偏置電壓，即可避免將偏置電壓也放大三倍。電容037跨接在運放八的負輸入和輸出之間，可視為和四、尺10、運放纟組成一階低通有源濾波器，其濾波截止頻率公式:。
【權利要求】
1.本發明涉及一種模擬低通濾波電路，具體涉及一種適合于藥品灌裝線實時稱重系統的底層硬件模擬低通濾波電路。
2.前端采集通道模擬信號電路采用兩級放大架構。
3.如權利要求1所述的模擬低通濾波電路，其特征在于:MAX293濾波器置于兩次放大之間。
4.如權利要求1或權利要求3所述的模擬低通濾波電路，其特征在于:一級放大器將稱重信號放大到MAX293的觸發電壓，二級放大用以提高信號增益和濾除MAX293振蕩波，并且增加模擬信號帶負載的能力。
5.如權利要求1所述的模擬低通濾波電路，其特征在于:采用單片機提供方波信號的方式提供濾波時鐘信號。
6.如權利要求1所述的模擬低通濾波電路，其特征在于:設計光電耦合器用于抬高單片機的時鐘信號電壓。
7.如權利要求1所述的模擬低通濾波電路，其特征在于:采用二級放大器MAX4486，內部運放A組成的放大器作為模擬電路的二級放大器。
【文檔編號】G01G17/04GK104501925SQ201410157759
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年4月21日 優先權日:2014年4月21日
【發明者】黃劼, 李俊國, 于少航, 郭銳 申請人:四川大學