1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

一．课题设计内容

微小信号的测量在工业、医疗、微机械电子等领域都具有广泛的应用。随着传感器技术、微电子技术、单片机技术的发展，为微小信号的精确测量提供了新的手段，训练综合运用已学课本的知识，基于单片机原理及应用，数字、模拟电路和通信电子线路等硬件课程，设计一个微小信号的采集电路。

二．课题背景

目前,微小信号的研究分析已成为临床诊断、康复医学、生物机械等诸多领域的研究热点。尤其是表面肌电微小信号，在信号采集时，只需要将传感器贴附在皮肤表面，不会造成任何创伤。该优点使它被广泛应用于临床诊断、康复工程和运动体育等领域。

医用人体管道机器人，是当前国际微机械电子研究的一个热点，其研究的难度在于微机器人的驱动方法及驱动装置。目前微机器人已经顺利通过了直径为20mm的塑料管道的实验，同时管道机器人采用的是直径为8mm的微直流电动机为驱动源，其输出驱动力十分微小，如此大小的驱动力能否带动管道微型机器人在人体肠道这种粘弹性环境中顺利运行，还需要对微型机器人的驱动力进行测试与研究。由于管道微机器人驱动力的微小信，给测试与研究带来了很大的困难。为了测试管道微机器人的驱动力大小，实验过程中利用悬臂梁式微小力传感器将微小力信号转换为微小电压信号。传感器输出的微小电压信号经过放大并A/D转换后送入微机进行计算、存储和显示。

对海杂波背景下的微弱目标信号进行检测问题一直是海面目标检测领域研究的热点和难点，具有极高的军事和民用价值。基于混沌理论对海杂波实测数据进行嵌入重构，可在低信噪比情况下对微弱目标信号进行有效检测与提取，再次验证了海杂波的混沌特性。基于海杂波混沌特性的微弱信号检测方法，分析了混沌的特性指标及研究方法，进而根据海杂波信号特性建立合适的混沌模型，从而更好地对微弱目标进行检测。分析了基于混沌理论的非线性微弱信号检测的三种经典的方法：最小相空间体积法、RBF神经网络法和Duffing检验模型。然后提出了基于相空间重构的海杂波背景下微弱信号的提取。实验验证本方法简单有效，能在-20db的情况下对海杂波背景下微弱目标信号进行检测。复杂背景中的微弱目标信号检测大多基于统计检测理论。即把背景信号看作随机噪声，建立其统计模型。模型的好坏将直接影响到检测的效果。而复杂背景的建模常常是较为困难的。近年来的研究表明，很多复杂信号具有混沌特性。因此，研究利用背景信号的混沌特征来检测淹没其中的微弱信号具有重要的理论意义和应用价值。

三．常用检测的基本原理

1.总体电路图的设计

2.前置放大电路：

 前置放大电路也称为仪表放大电路，本次设计采集直流1mV-100mV，放大倍数由10倍到300倍,如表格2所示。采集交流10mV-100mV,放大10-200可调，如表格3所示。前置放大电器关系到整个电路的优劣，仪表放大器是一种高增益、直流耦合放大器，他具有差分输入、单端输出、高输入阻抗和高共模抑制比等特点。差分放大器和仪表放大器所采用的基础部件(运算放大器)基本相同，他们在性能上与标准运算放大器有很大的不同。标准运算放大器是单端器件，其传输函数主要由反馈网络决定；而差分放大器和仪表放大器在有共模信号条件下能够放大很微弱的差分信号，因而具有很高的共模抑制比(CMR)。他们通常不需要外部反馈网络。仪表放大器是一种具有差分输入和其输出相对于参考端为单端输出的闭环增益单元。而运算放大器具有直流特性，它可能随温度而变化，受温度影响最大的是直流补偿、偏置电流等。交流特性受温度影响较小。所以选用仪表放大器。

直流采集电压

1mV-10mV

10mV-50mV

50mV-100mV

放大倍数

300

100

50

表格2

交流采集电压

10mV-20mV

20mV-50mV

50mV-100mV

放大倍数

200

100

50

表格3

3滤波电路：

为了降低采集到的信号调制频率以为的高频信号的干扰，在这个电路中，设计一个低通滤波电路将之滤出，设置频率点，超出频率点的高频信号会被阻隔和减弱。同样，在采集交流信号的时候，为了消除直流和低频信号的干扰，避免信号经后级放大造成饱及信号失真的情况出现，需要设计一个高通滤波器。

4.抗工频干扰：

我国供配电统一使用220V、50Hz的交流电。微小信号的采集，工频干扰是信号采集的主要干扰。虽然前置放大电路对共模干扰有较强的抑制作用，但有部分工频干扰是以差模方式进入电路的，所以必须滤波。本设计采用集成运放可调双Q值双T有源带阻滤波电路，具有滤波、放大、反馈、调节功能。

5.A/D转换：

本次设计采用的是ADS1286，是12位低功耗A/D转换芯片。这次不采用8位的ADS，是因为8位的转换芯片精度太低了，不利于采集微小的信号。而16位的转换芯片虽然精度很高，但是成本也高，性价比低。而ADS1286是一款性价比很高的模/数转换芯片，将其应有于微小信号的采集，串行接口使得电路配置简单。而其较高的分辨率减小了A/D转换的量化误差，保证了系统对微小信号检测的高精度要求。

6.LCD：

本次设计要求要把采集的微小信号电压和波形显示出来，选用LCD液晶显示屏，外扩一位2Kbytes的存储器，用于存储该系统采集的原始数据及经过处理后待显示的波形，将被采集到的被测量在液晶显示模块上以波形的方式显示出来。而LED显示颗粒大、画面粗糙、亮度大也晃眼，不能显示被采集的波形，性价比不高，无法达到本次设计的要求，所以选用LCD液晶显示屏。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一.本课题研究的问题：

1.本次设计是对两种信号进行采集放大，分别是直流信号和交流信号。采集微小直流信号的采集范围1mv-100mv，放大倍数10-300； 采集微小交流信号的采集范围10mv-100mv，放大倍数10-200可调。

2.通过对微小信号采集电路的设计，掌握放大电路、滤波电路的原理和应用。掌握52单片机的性能，能够灵活运用。