[0001] 本发明涉及压力传感器技术领域，尤其涉及一种压阻传感器的采集电路及采集方法。

[0002] 压阻式传感器是一种基于复合材料的压阻效应来测量压力、力或其他可转换为力的变化的物理量（如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度）的传感器，大多包含三个部分，
第一电极，第二电极，以及夹在第一电极和第二电极之间的压力敏感材料。 当传感器受压
时，压力敏感材料的电阻率会发生变化（大部分情况下，其电阻率随着压力增加而降低，即
具有负压阻特性）；通过检测该第一电极和第二电极之间的电阻值，可以获得当前位置的压
力值。

[0003] 现有技术中的压阻式传感器的采集电路，包括放大器和模数转换器，利用放大器对采集的信号进行放大，利用模数转换器进行数模转换，为了保障采集信号的精准度，需采
用高精度电压源为模数转换器提供基准电压，极大的提高了采集成本；其次大部分压阻传
感器的电阻变化范围跨越至少两个数量级，传统采集电路的动态范围窄，只能采集部分电
阻范围。

[0018] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用
以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0019] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不
能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个
以上。

[0020] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。

[0021] 为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明
还可以具有其他实施方式。

[0022] 除非另有定义，本文使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与公开所属本领域的普通技术人员通常理解的相同含义。将进一步理解，本文使用的术语应被解释为具有
与其在本说明书和相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文明确如此定义，
否则不会以理想化或过于正式的意义进行解释。

[0023] 在一实施例中，如图1所示，提供一种压阻传感器的采集电路的模块结构示意图，包括：处理器1、数模转换器2、模数转换器3、第一基准放大模块4、基准电压发生器5和采样
信号支路6，该采样信号支路6中设置有压阻传感器，该处理器1的第一输出端连接该数模转
换器2的输入端，该数模转换器2的输出端连接该第一基准放大模块4的第一输入端，该第一
基准放大模块4的第二输入端连接该采样信号支路6的输入端，该采样信号支路6的输出端
接地，该第一基准放大模块4的输出端连接该模数转换器3的输入端，该模数转换器3的输出
端连接该处理器1的输入端，基准电压发生器5的一端连接模数转换器3的基准电压端，基准
电压发生器5的一端连接数模转换器2的基准电压端，基准电压发生器5的另一端接地，该处
理器1用于根据该模数转换器3的输出端的信号和该数模转换器2的输入端的信号，计算该
采样信号支路6的电阻值，且该采样信号支路6的电阻值不受该基准电压发生器5的影响。

[0024] 可理解的是，本实施例的处理器1可以为任意一种处理器，本实施例的处理器1可以为MCU，本实施例的处理器1也可以为CPU，本实施例的处理器1也可以为MPU；采样信号支
路6中可只设置一个压阻传感器，采集电路用于采集一个压阻传感器的电阻值，采样信号支
路6中也可以设置多个压阻传感器，采集电路用于采集多个压阻传感器的信号，或者利用控
制开关采集其中某个压阻传感器的信号。

[0025] 具体的，数模转换器2用于根据数模转换器2的输入端的信号进行数模转换，将输入端的数字信号转换为模拟信号，第一基准放大模块4用于对第一输入端的信号进行放大，
模数转换器3将放大后的模拟信号转换为数字信号输出至处理器1，基准电压发生器5用于
为模数转换器3和数模转换器2提供基准电压。

[0026] 具体的，第一基准放大模块4的放大倍数由第一基准放大模块4中的电阻和采样信号支路6的电阻值共同决定，根据实际应用情况设置第一基准放大模块4的放大倍数，第一
基准放大模块4的输出端的信号，等于第一输入端的信号与放大倍数相乘，第一基准放大模
块4第一输入端的信号可利用数模转换器2输出端的信号表示，第一基准放大模块4的输出
端的信号可利用模数转换器3的输入端的信号表示。

[0027] 其中，模数转换器3的输入端的信号和数模转换器2的输出端的信号均需要利用基准电压发生器5提供的基准电压进行计算，利用数模转换器2输出端的信号与第一基准放大
模块4的放大倍数相乘等于模数转换器3的输入端的信号这个关系，可将等号两端的基准电
压相互抵消，根据数模转换器2的数字信号值和位宽，模数转换器3的数字信号值和位宽，以
及第一基准放大模块4中的电阻值，即可得到压阻传感器的电阻值，进一步的，若模数转换
器3和数模转换器2的位宽相同，处理器1可直接利用模数转换器3的数字信号值和数模转换
器2的数字信号值，以及第一基准放大模块4中的电阻的电阻值，得到压阻传感器的电阻值。

[0028] 上述压阻传感器的采集电路的工作过程为：处理器1输出数字信号至数模转换器2，数模转换器2将数字信号转换为模拟信号后输出至第一基准放大模块4，第一基准放大模
块4对信号进行放大，输出至模数转换器3的输入端，模数转换器3将模拟信号转换为数字信
号，输入至处理器1。

[0029] 进一步的，本实施例的各个元件也可用特殊的处理器进行集成，进一步降低了成本。

[0030] 本实施例的压阻传感器的采集电路，利用模数转化器对采样信号支路6的信号进行采集，结合第一基准放大模块4和数模转换器2，使得采样信号支路6的电阻值与模数转换
器3的基准电压无关，电路不需要利用高精度的基准电压源为模数转换器3和数模转换器2
提供基准电压，降低了成本，且本实施例的数模转换器2利用处理器1进行控制，可以通过调
整输入至数模转换器2的信号调整模数转换器3的范围，使得模数转换器3的采集范围更大。

[0031] 在一实施例中，如图2所示，提供一种压阻传感器的采集电路的电路连接示意图，在上述实施例的基础上，该第一基准放大模块4包括：运算放大器U1和第一基准电阻R0，该
运算放大器U1的同向输入端连接该模数转换器3的输出端，该运算放大器U1的反向输入端
连接该采样信号支路6的输入端，该运算放大器U1的输出端连接该模数转换器3的输入端，
该运算放大器U1的输出端连接该第一基准电阻R0的一端，该第一基准电阻R0的另一端连接
该运算放大器U1的反相输入端。

[0032] 具体的，在运算放大器U1的输出端和反向输入端之间设置第一基准电阻R0形成负反馈，使得运算放大器U1能够对同向输入端的信号进行放大，且放大倍数为第一基准电阻
R0的值加压阻传感器的值之后，再比上压阻传感器的值。

[0033] 本实施例的压阻传感器的采集电路，在第一基准放大模块4中设置运算放大器U1，利用运算放大器U1的放大倍数来测量压敏传感器的电阻，利用运算放大器U1的同向输入端
的信号与放大倍数相乘，等于运算放大器U1的输出端的信号这个关系，将等号两端的基准
电压相互抵消，使得电路不需要利用高精度的基准电压源为模数转换器3和数模转换器2提
供基准电压，降低了成本，且运算放大器U1具有高增益，能够有效放大微弱信号，同时具有
高线性度，能够保持信号的精度。

[0034] 在一实施例中，如图3所示，提供一种压阻传感器的采集电路的电路连接示意图，在上述实施例的基础上，该采样信号支路6包括：压阻传感器阵列61、行多路复用器62和列
多路复用器63，该行多路复用器62的输入端连接该运算放大器的反向输入端，该行多路复
用器62的各个输出端分别连接该压阻传感器阵列61的各列压阻传感器的一端，该行多路复
用器62的控制端连接该处理器1的第二输出端，该压阻传感器阵列61的各行压阻传感器的
另一端连接该列多路复用器63的输入端，该列多路复用器63的输出端接地，该列多路复用
器63的控制端连接该处理器1的第三输出端。

[0035] 可根据压阻传感器阵列61的行数和列数选择行多路复用器62的规格和列多路复用器63的规格。

[0036] 上述压阻传感器的采集电路的工作过程为：处理器1通过对行多路复用器62和列多路复用器63进行控制，控制压阻传感器阵列61中具体哪个压阻传感器进行导通。

[0037] 本实施例的压阻传感器的采集电路，通过设置行多路复用器62和列多路复用器63，使得本实施例的采集电路可适用于压阻传感器阵列61。

[0038] 在一实施例中，在上述实施例的基础上，该模数转换器3的位宽与该数模转换器2的位宽相同时，该采样信号支路6的电阻值的计算公式为：
；
式中， 为该采样信号支路6的电阻值， 为该第一基准电阻的电阻值，
为该模数转换器3的数字信号值， 为该数模转换器2的数字信号值；
该模数转换器3的位宽与该数模转换器2的位宽不同时，该采样信号支路6的电阻
值的计算公式为：
；
式中， 为该采样信号支路6的电阻值， 为该第一基准电阻的电阻值，
为该模数转换器3的数字信号值， 为该数模转换器2的数字信号值； 为该数模转
换器2的位宽， 为该模数转换器3的位宽。

[0039] 具体的，运算放大器的输出电压          ①式①中， 为数模转换器2的输出电压。

[0040] 根据数模转换器2的输出公式，                                 ②
式②中， 为基准电压发生器5提供的基准电压。

[0041] 将式②的公式代入式①中，                     ③
根据模数转换器3的输出公式，
                                              ④
利用式③和式④可以得到压阻传感器的电阻值
                                      ⑤
根据式⑤可得，压阻传感器的电阻值只与数模转换器2的数字信号值 ，模数
转换器3的数字信号值 ，以及模数转换器3的位宽 和数模转换器2的位宽 相关，
进一步的，若模数转换器3的位宽 和数模转换器2的位宽 相同，则压阻传感器的电阻
值 ，即压阻传感器的电阻值只与数模转换器2的数字信号值 和
模数转换器3的数字信号值 有关。

[0042] 本实施例的压阻传感器的采集电路，根据运算放大器的公式，模数转换器3的输出公式以及数模转换器2的输出公式，得到压阻传感器的电阻值只与数模转换器2的数字信号
值 ，模数转换器3的数字信号值 ，以及模数转换器3的位宽 和数模转换器2的
位宽 相关。

[0043] 在一实施例中，如图4所示，提供一种压阻传感器的采集电路的模块结构示意图，包括：处理器1、数模转换器2、模数转换器3、第二基准放大模块7、基准电压发生器5和采样
信号支路6，该采样信号支路6中设置有压阻传感器，该处理器1的第一输出端连接该数模转
换器2的输入端，该数模转换器2的输出端连接该第二基准放大模块7的输入端，该第二基准
放大模块7的输出端连接该采样信号支路6的输入端，该采样信号支路6的输出端接地，该第
二基准放大模块7的输出端连接该模数转换器3的输入端，该模数转换器3的输出端连接该
处理器1的输入端，所述基准电压发生器5的一端连接所述模数转换器3的基准电压端，所述
基准电压发生器5的一端连接所述数模转换器2的基准电压端，所述基准电压发生器5的另
一端接地，该处理器1用于根据该模数转换器3的输出端的信号和该数模转换器2的输入端
的信号，计算该采样信号支路6的电阻值，且该采样信号支路6的电阻值不受该基准电压发
生器5的影响。

[0044] 可理解的是，本实施例的处理器1可以为任意一种处理器1，本实施例的处理器1可以为MCU，本实施例的处理器1也可以为CPU，本实施例的处理器1也可以为MPU；采样信号支
路6中可只设置一个压阻传感器，采集电路用于采集一个压阻传感器的电阻值，采样信号支
路6中也可以设置多个压阻传感器，采集电路用于采集多个压阻传感器的信号，或者利用控
制开关采集其中某个压阻传感器的信号。

[0045] 具体的，数模转换器2用于根据数模转换器2的输入端的信号进行数模转换，将输入端的数字信号转换为模拟信号，第二基准放大模块7用于对数模转换器2输出端的信号进
行放大，模数转换器3将放大后的模拟信号转换为数字信号输出至处理器1，基准电压发生
器5用于为模数转换器3和数模转换器2提供基准电压。

[0046] 具体的，第二基准放大模块7的放大倍数由第二基准放大模块7中的放大器决定，根据实际应用情况设置第二基准放大模块7的放大倍数，可在第二基准放大模块7中设置分
压电阻，分压电阻和采样信号支路6的电阻形成分压电路，对第二基准放大模块7输出端的
信号进行分压，根据分压电阻的分压，获取采样信号支路6的电阻值。

[0047] 其中，模数转换器3的输入端的信号和数模转换器2的输出端的信号均需要利用基准电压发生器5提供的基准电压进行计算，利用数模转换器2输出端的信号与第二基准放大
模块7的放大倍数相乘后，经过分压电路分压后的信号等于模数转换器3的输入端的信号这
个关系，可将等号两端的基准电压相互抵消，根据数模转换器2的数字信号值和位宽，模数
转换器3的数字信号值和位宽，以及第二基准放大模块7中的分压电阻的电阻值和第二基准
放大模块7的放大倍数，即可得到压阻传感器的电阻值，进一步的，若模数转换器3和数模转
换器2的位宽相同，处理器1可直接利用模数转换器3的数字信号值和数模转换器2的数字信
号值，以及第二基准放大模块7中的电阻的电阻值和第二基准放大模块7的放大倍数，得到
压阻传感器的电阻值。

[0048] 上述压阻传感器的采集电路的工作过程为：处理器1输出数字信号至数模转换器2，数模转换器2将数字信号转换为模拟信号后输出至第二基准放大模块7，第二基准放大模
块7对信号进行放大，输出至模数转换器3的输入端，模数转换器3将模拟信号转换为数字信
号，输入至处理器1。

[0049] 进一步的，本实施例的各个元件也可用特殊的处理器1进行集成，进一步降低了成本。

[0050] 本实施例的压阻传感器的采集电路，利用模数转化器对采样信号支路6的信号进行采集，结合第二基准放大模块7和数模转换器2，使得采样信号支路6的电阻值与模数转换
器3的基准电压无关，电路不需要利用高精度的基准电压源为模数转换器3和数模转换器2
提供基准电压，降低了成本，且本实施例的数模转换器2利用处理器1进行控制，可以通过调
整输入至数模转换器2的信号调整模数转换器3的范围，使得模数转换器3的采集范围更大。

[0051] 在一实施例中，如图5所示，提供一种压阻传感器的采集电路的电路连接示意图，在上述实施例的基础上，该第二基准放大模块7包括:电压放大器U2和第二基准电阻R1，该
电压放大器U2的输入端连接该数模转换器2的输出端，该电压放大器U2的输出端连接该第
二基准电阻R1的一端，该第二基准电阻R1的另一端连接该模数转换器3的输入端，该第二基
准电阻R1的另一端连接该采样信号支路6的输入端。

[0052] 本实施例的压阻传感器的采集电路，在第二基准放大模块7中设置电压放大器U2和第二基准电阻R1，电压放大器U2能够对数模转换器2的输出端的电压进行精准放大，调整
模数转换器3的动态范围，使得输入至模数转换器3的电压信号位于模数转换器3的采集范
围内，且利用第二基准电阻R1与压阻传感器的电阻形成分压电路，使得模数转换器3能够准
确采集压阻传感器的信号。

[0053] 在一实施例中，如图6所示，提供一种压阻传感器的采集电路的电路连接示意图，在上述实施例的基础上，该采样信号支路6包括：压阻传感器阵列61、行多路复用器62和列
多路复用器63，该行多路复用器62的输入端连接该第二基准电阻的另一端，该行多路复用
器62的各个输出端分别连接该压阻传感器阵列61的各列压阻传感器的一端，该行多路复用
器62的控制端连接该处理器1的第二输出端，该压阻传感器阵列61的各行压阻传感器的另
一端连接该列多路复用器63的输入端，该列多路复用器63的输出端接地，该列多路复用器
63的控制端连接该处理器1的第三输出端。

[0054] 可根据压阻传感器阵列61的行数和列数选择行多路复用器62的规格和列多路复用器63的规格。

[0055] 上述压阻传感器的采集电路的工作过程为：处理器1通过对行多路复用器62和列多路复用器63进行控制，控制压阻传感器阵列61中具体哪个压阻传感器进行导通。

[0056] 本实施例的压阻传感器的采集电路，通过设置行多路复用器62和列多路复用器63，使得本实施例的采集电路可适用于压阻传感器阵列61。

[0057] 在一实施例中，在上述实施例的基础上，该模数转换器3的位宽与该数模转换器2的位宽相同时，该采样信号支路6的电阻值的计算公式为：
；
式中，K为该电压放大器的放大倍数， 为该采样信号支路6的电阻值， 为该
第二基准电阻的电阻值， 为该模数转换器3的数字信号值， 为该数模转换器2
的数字信号值；
该模数转换器3的位宽与该数模转换器2的位宽不同时，该采样信号支路6的电阻
值的计算公式为：
；
式中，K为该电压放大器的放大倍数， 为该采样信号支路6的电阻值， 为该
第二基准电阻的电阻值， 为该模数转换器3的数字信号值， 为该数模转换器2
的数字信号值； 为该数模转换器2的位宽， 为该模数转换器3的位宽。

[0058] 具体的，电压放大器的输出电压                    ⑥式⑥中， 为数模转换器2的输出电压。

[0059] 根据数模转换器2的输出公式， ，将此公式代入公式⑥，得到电压放大器的输出电压。

[0060]                                     ⑦式⑦中，为基准电压发生器5提供的基准电压。

[0061] 根据分压电路的分压原理，输入至模数转换器3的电压

[0062]                   ⑧根据模数转换器3的输出公式, ,结合公式⑧和此公式，得到
压阻传感器的电阻值 ，
                           ⑨
根据式⑨可得，压阻传感器的电阻值只与数模转换器2的数字信号值 ，模数
转换器3的数字信号值 ，电压放大器的放大倍数K,以及模数转换器3的位宽 和数
模转换器2的位宽 相关，进一步的，若模数转换器3的位宽 和数模转换器2的位宽
相同，则压阻传感器的电阻值
，即压阻传感器的电阻值只与电压放大器的
放大倍数K,以及数模转换器2的数字信号值 和模数转换器3的数字信号值 有
关。

[0063] 本实施例的压阻传感器的采集电路，根据分压电路的分压原理以及电压放大器的放大原理，模数转换器3的输出公式以及数模转换器2的输出公式，得到压阻传感器的电阻
值只与数模转换器2的数字信号值 ，模数转换器3的数字信号值 ，电压放大器的
放大倍数K,以及模数转换器3的位宽 和数模转换器2的位宽 相关。

[0064] 在一实施例中，如图7所示，提供一种压阻传感器的采集方法的流程示意图，该压阻传感器的采集方法应用于上述的任一实施例，该采集方法包括：
步骤S101：获取模数转换器3的输出端的信号。

[0065] 可理解的是，在获取模数转换器3的输出端的信号之前，应对数模转换器2的输入端输出信号，输出至数模转换器2输入端的信号可以是一个根据实际应用情况预设的初始
值，也可以是随机值。

[0066] 步骤S102：根据该模数转换器3的量程，判断该模数转换器3的输出端的信号是否在该模数转换器3的优选采集范围。

[0067] 根据模数转换器3的特性曲线，设置模数转换器3的优选采集范围，优选的，模数转换器3的优选采集范围为模数转换器3量程的中间区域，模数转换器3在模数转换器3的量程
的中间区域，具有最高的采集精度。

[0068] 步骤S103：若判断结果为该模数转换器3的输出端的信号超出该模数转换器3的优选采集范围，则对输出至该数模转换器2的输入端的信号进行调整，直至获取到的该模数转
换器3的输出端的信号在该模数转换器3的优选采集范围内。

[0069] 可理解的是，若模数转换器3的输出端的信号在模数转换器3的优选范围内，则根据模数转换器3的输出端的信号和数模转换器2的输入端的信号，计算采样信号支路6的电
阻值。

[0070] 若判断结果为该模数转换器3的输出端的信号超出该模数转换器3的优选采集范围，则对输出至该数模转换器2的输入端的信号进行调整，具体的，若模数转换器3的输出端
的信号超出模数转换器3的优选采集范围的最大值，则减小输出至数模转换器2输入端的信
号；若模数转换器3的输出端的信号小于模数转换器3的优选采集范围的最小值，则减小输
出至数模转换器2输入端的信号。

[0071] 进一步的，为避免调节输出至数模转换器2输入端的信号无法使模数转换器3的输出端的信号在优选采集范围内，可通过限制调节时间或调解次数跳出循环。

[0072] 步骤S104：根据调整后该模数转换器3的输出端的信号和调整后该数模转换器2的输入端的信号，计算该采样信号支路6的电阻值。

[0073] 根据公式⑤或公式⑨计算采样信号支路6的电阻值。

[0074] 本实施例中，通过调节输出至数模转换器2输入端的信号，使模数转换器3的输出端的信号在模数转换器3的优选采集范围内，极大的提高了模数转换器3的精度。

[0075] 在一实施例中，如图8所示，提供一种压阻传感器的采集方法的流程示意图，在上述实施例的基础上，步骤S103中对输出至该数模转换器2的输入端的信号进行调整过程中，
采集方法还包括：
步骤S201：若对输出至该数模转换器2的输入端的信号调整次数大于或等于第一
预设次数，无法在该模数转换器3的优选采集范围内确定该模数转换器3的输出端的信号，
调整优选采集范围，得到调整采集范围。

[0076] 可根据实际应用情况设置第一预设次数，若对输出至该数模转换器2的输入端的信号调整第一预设次数后，采集到的模数转换器3的输出端的信号仍然不在模数转换器3的
优选采集范围内，将优选采集范围扩大，具体的，可减小优选采集范围的最小值和/或增大
优选采集范围的最大值。

[0077] 步骤S202：重新对输出至该数模转换器2的输入端的信号进行调整，直至获取到的该模数转换器3的输出端的信号在该模数转换器3的调整采集范围内。

[0078] 根据调整后的调整采集范围对输出至数模转换器2的输入端的信号进行调整，使得采集的模数转换器3的输出端的信号在调整采集范围内。

[0079] 步骤S203：根据重新调整后该模数转换器3的输出端的信号和重新调整后该数模转换器2的输入端的信号，计算该采样信号支路6的电阻值。

[0080] 根据公式⑤或公式⑨计算采样信号支路6的电阻值。

[0081] 本实施例中，若对输出至该数模转换器2的输入端的信号调整第一预设次数后，采集到的模数转换器3的输出端的信号仍然不在模数转换器3的优选采集范围内，将优选采集
范围扩大，避免调节陷入死循环，无法得知压阻传感器的阻值。

[0082] 以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各
实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改
或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应
包含在本发明的保护范围之内。