CN112003579B - 一种物联网信号传输降噪*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种物联网信号传输降噪***，包括带通滤波电路、相位检测补偿电路、稳幅电路和选频输出电路，带通滤波对接收的模拟信号进行带通滤波，稳幅电路利用二极管D2、二极管D3的并联动态电阻总和随反馈回路的电流变化的特点调节自身放大倍数，稳定信号幅值，相位检测补偿电路采用运放器AR2、AR3检测带通滤波前后的信号相位差并取其幅值，以控制可控硅Q1和三极管Q2的导通状态，从而控制继电器K1、K2的吸合状态，决定稳幅后信号的相位补偿，选频输出电路利用可调变压器T1和电容C11的并联谐振实现信号选频，对物联网模拟信号进行降噪处理，同时解决了模拟滤波器非线性相移导致信号失真的问题。

Description

一种物联网信号传输降噪***
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，特别是涉及一种物联网信号传输降噪***。
背景技术
目前，物联网在信道中进行远距离无线模拟量传输时，常受到建筑工地施工设运行、汽车启动等带来的高频噪声干扰和违法设置的无线电台、大功率无绳电话等带来的无线电干扰，导致接收信号抖动、信号失真的问题，使得接收信息出现错误，给之后的数据分析带来了很大的影响，因而用接收器接收信号后需要进行降噪处理，再将处理好的信号传输给物联网控制终端。而在降噪方面，市面上常用的模拟滤波器又存在非线性相移的问题，使信号在通过滤波器后出现失真现象。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种物联网信号传输降噪***，能够将物联网模拟信号接收器接收的模拟信号经过线性相移滤波后无失真的输出至物联网控制终端。
其解决的技术方案是，包括物联网模拟信号接收器、滤波降噪模块、物联网控制终端、云服务器，所述物联网模拟信号接收器接收云服务器传来的模拟信号并传输至滤波降噪模块，所述滤波降噪模块对该模拟信号进行滤波降噪后传输至物联网控制终端，所述滤波降噪模块包括带通滤波电路、相位检测补偿电路、稳幅电路、选频输出电路；
所述带通滤波电路接收物联网模拟信号接收器传来的模拟信号，并对模拟信号进行带通滤波，带通滤波后信号分为二支回路，一支回路经电容C4传输至稳幅电路，另一支回路经电阻R8传输至相位检测补偿电路，所述稳幅电路运用二极管D2与二极管D3的并联回路和电阻R11串联连接，反馈异常幅值信号至运放器AR4内，运放器AR4通过电压串联负反馈方式调节自身放大倍数，从而调节带通滤波后信号的幅值，所述相位检测补偿电路采样物联网模拟信号接收器输出端口传来的模拟信号，并与带通滤波后信号通过运放器AR2进行相位比对检测，当检测到没有相位差时，稳幅后的信号经继电器K2触点3接通触点4传输至选频输出电路，当检测到有相位差时，继电器K2吸合，稳幅后的信号通过继电器K2触点3接通触点5经电感L1相位补偿后再传输至选频输出电路，所述选频输出电路运用可调变压器T1、电容C1组成并联谐振回路对输入选频输出电路的信号选频，选频后的信号经电容C12传输至物联网控制终端。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.相位检测补偿电路当带通滤波电路存在非线性相移时对带通滤波后信号进行相位补偿修正后传输至选频输出电路，当带通滤波电路不存在非线性相移时直接传输至选频输出电路，避免了物联网模拟信号接收器传来的模拟信号经过带通滤波电路后可能出现非线性相移，从而造成频谱交叠、信号失真情况的发生。
2.选频输出电路运用可调变压器T1和电容C11并联组成选频网络，通过其并联谐振达到接收模拟信号的中心频率，对中心频率的信号进行放大，同时对其他频率的信号衰减到零，通过三极管Q4补充选频网络振荡时能量的损耗，使用可调变压器T1和电容C11并联组成的选频网络，易起振，谐振频率精准，选择性好，频率稳定性高。
3.电容C13-C16为去耦电容，滤除耦合到电源端的高频噪声，电容C1为旁路电容，滤除输入信号的高频噪声，电容C4-C5、C8、C10、C12、C17为耦合电容，滤除低频噪声，通过这些电容滤除噪声的作用，达到消除模拟接收信号波形毛刺，模拟接收信号波形平滑的效果。
附图说明
图1为本发明一种物联网信号传输降噪***的电路原理图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
为了滤除物联网模拟接收信号中心频率通带外的信号和噪声，采用带通滤波电路接收物联网模拟信号接收器传来的模拟信号，运用运放器AR1、电阻R1-R4、电容C2-C3对接收到的模拟信号进行带通滤波，其中电阻R21引入负反馈，且与电阻R1的比值决定比例系数，电阻R3和电容C2组成高通滤波电路，当频率小于转折频率f1时，C2的容抗非常大，近似于开路，使输出端的输出电压衰减至3db以下；电阻R2和电容C3组成低通滤波电路，当频率大于转折频率f2时，C3的容抗很小，将电阻R2短路，运放器AR1的增益趋于0，使输出端的输出电压衰减至3db以下，从而使只有通带BW＝f2-f1内的信号才能无失真无衰减的通过，以此达到无失真传输通带内物联网模拟接收信号，抑制衰减物联网模拟通带外信号、干扰和噪声的效果；
所述带通滤波电路的具体结构，运放器AR1的反相输入端接电阻R1和电阻R21的一端，电阻R1的另一端接地，运放器AR1的同相输入端接电阻R2和电容C2的一端，电容C2的另一端接电阻R3、电阻R4和电容C3的一端，电阻R3的另一端接地，电阻R4的另一端接相位检测补偿电路输入端和物联网模拟信号接收器输出端口，运放器AR1的输出端接电阻R2、电阻R21和电容C3的另一端、相位检测补偿电路的输入端和稳幅电路的输入端。
为了增加带通滤波后信号的稳定性，采用稳幅电路，稳幅电路由同相比例运算电路的反馈回路中串联两个并联的二极管D2、D3得到，该稳幅电路的放大倍数
Figure GDA0002926278310000031
其中rd为二极管D2、D3的并联动态电阻总和，当运放器AR4的输出电压Uo增大时，流过电阻R10、R11和二极管D2、D3的电流增大，根据电流增大时rd减小的特点使放大倍数Au减小，Uo也就随之减小；当运放器AR4的输出电压Uo减小时，流过电阻R10、R11和二极管D2、D3的电流减小，根据电流增大时rd增大的特点使放大倍数Au减小，Uo也就随之减小，从而使输出电压稳定，达到模拟信号稳幅效果；
所述稳幅电路的具体结构，运放器AR4的同相输入端接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接电容C4的负极，电容C4的正极接带通滤波电路的输出端，运放器AR4的反相输入端接电阻R10、电阻R11的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R11的另一端接二极管D2的阳极和二极管D3的阴极，运放器AR4的输出端接电容C5的正极、二极管D2的阴极和二极管D3的阳极，电容C5的负极接相位检测补偿电路的输出端。
为了解决带通滤波电路非线性相移造成的频谱交叠、信号失真，采用相位检测补偿电路采样物联网模拟信号接收器传来的模拟信号经电阻R5输入运放器AR2的反相输入端，采样带通滤波后信号经电阻R8输入运放器AR2的同相输入端，运放器AR2对这两路信号进行减法比例运算得到相位差信号，其中电阻R5和电阻R8阻值相同，电阻R6和电阻R7阻值相同，电阻R5或电阻R8的阻值与电阻R6或电阻R7的阻值之比决定比例系数；
相位差信号经运放器AR2输出后输入到运放器AR3的同相输入端，当相位差信号为正电压时，二极管D1导通，运放器AR3输出电流经D1对电容C6充电至与相位差信号电压值相等，当相位差信号为逆向电压时，二极管D1截止，电容C6维持相位差信号的最大正向电压值，即相位差信号的幅值；
最大正向电压值传输至可控硅Q1控制极和三极管Q2基极，当相位差信号的最大正向电压值为高电平，即带通滤波前信号和带通滤波后信号存在相位差，带通滤波电路存在非线性相移时，三极管Q2处于截止区，继电器K1仍处于常开状态，可控硅Q1导通，电源+12V通过电阻R12和继电器K1的触点3、触点4加到继电器K2的触点1上，继电器K2吸合，使稳幅后的信号经电容C5通过继电器K2的触点3、触点5经电容C8传输至三极管Q3的基极，三极管Q3采用共射放大方式，且在其集电极设置补偿电感L1，当稳幅后的反向信号输入到三极管Q3的基极时，三极管Q3截止，电源+6V给电感L1充电；当稳幅后的正向信号输入到三极管Q3的基极时，三极管Q3导通，电感L1通过自身的电压相位超前特性来补偿带通滤波电路中由电容造成的电压滞后相位，通过三极管Q3的开关特性，使电源+6V间或给电感L1补充电能，以抵消电感L1进行相位补偿时能量的损耗，且电阻R16、电阻R19为偏置电阻，共同决定三极管Q3的基极电压，电阻R17为电压负反馈电阻，用来抑制温度变化对三极管Q3静态工作点的影响，电阻R18为集电极电阻，决定三极管Q3的放大倍数，电容C7为旁路电容，用来通过输入的交流信号，提高放大倍数，经相位补偿后的信号通过电容C9传输至选频输出电路；
当相位差信号的幅值为低电平，即带通滤波前信号和带通滤波后信号不存在相位差，带通滤波电路不存在非线性相移时，三极管Q2处于饱和区，继电器K1吸合,其触点3接通触点5，电源+12V依次通过电阻R12、可控硅Q1和电阻R15接地，其中电阻R12、R14-R15为限流电阻，关断了可控硅对继电器K2的控制作用，继电器K2处于常开状态，使稳幅后的信号直接传输至选频输出电路；
所述相位检测补偿电路在带通滤波电路存在非线性相移时对带通滤波后信号进行相位补偿修正后传输至选频输出电路，在带通滤波电路不存在非线性相移时直接传输至选频输出电路，避免了物联网模拟信号接收器传来的模拟信号经过带通滤波电路后可能出现非线性相移，从而造成频谱交叠、信号失真情况的发生；
所述相位检测补偿电路的具体结构，运放器AR2的反相输入端接电阻R5、电阻R6的一端，电阻R5的另一端接电容C1的正极、电容C17的负极和带通滤波电路的输入端,电容C1的负极接地，电容C17的正极接物联网模拟信号接收器输出端口,AR2的同相输入端接电阻R7、电阻R8的一端，电阻R7的另一端接地，电阻R8的另一端接带通滤波电路的输出端和稳幅电路的输入端，AR2的输出端接电阻R6的另一端和运放器AR3的同相输入端，运放器AR3的反相输入端接电容C6的正极、二极管D1的阴极、三极管Q2的基极和可控硅Q1的控制极，运放器AR3的输出端接二极管D1的阳极，电容C6的负极接地，可控硅Q1的阳极接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接电源+12V和电容C13的一端，电容C13的另一端接地，可控硅Q1的阴极接继电器K1的触点3，三极管Q2的集电极接地，三极管Q2的发射极接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接继电器K1的触点2，继电器K1的触点1接电源+12V和电容C14的一端，继电器K1的触点4接继电器K2的触点1，继电器K1的触点5接电阻R15的一端，电容C14的另一端接地，电阻R15的另一端接地和电阻R16、电阻R17、电容C7的一端，继电器K2的触点2接地，继电器K2的触点3接稳幅电路的输出端，电阻R17和电感L1的另一端接选频输出电路的输入端和继电器K2的触点4，继电器K2的触点5接电容C8的正极，电容C8的负极接三极管Q3的基极、电阻R16的另一端和电阻R19的一端，三极管Q3的发射极接电阻R17和电容C7的另一端，三极管Q3的集电极接电阻R18的一端和电容C9的正极，电阻R18的另一端接电感L1的一端，电感L1的另一端接电源+6V、电阻R19的另一端和电容C15的一端，电容C15的另一端接地。
为了滤除除物联网模拟接收信号中心频率外的其他频率信号和噪声，采用选频输出电路，运用可调变压器T1和电容C11并联组成选频网络，通过其并联谐振达到接收模拟信号的中心频率，对中心频率的信号进行放大，同时对其他频率的信号衰减到零，从而达到滤除物联网模拟接收信号中心频率外的其他频率信号和噪声的效果，且选频输出电路中加入三极管Q4、电阻R20采用共射放大方式，当输入到三极管Q4基极的模拟信号为反向信号时，三极管Q3截止，电源+6V给电容C11和可调变压器T1补充电能；当输入到三极管Q4基极的模拟信号为正向信号时，三极管Q3导通，电容C11和可调变压器T1产生并联谐振，通过三极管Q3的开关特性，使电源+6V间或给电容C11和可调变压器T1补充电能，以补充选频网络振荡时能量的损耗，同时电阻R20亦为偏置电阻，可决定三极管Q4基极的电压；
所述选频输出电路的具体结构，三极管Q4的基极接电容C10的负极和电阻R20的一端，电容C10的正极接相位检测补偿电路的输出端，电阻R20的另一端接电源+6V、可调变压器T1的初级线圈第一输入端、电容C16和电容C11的一端，电容C16的另一端接地，三极管Q4的发射极接地和可调变压器变压器T1的次级线圈第二输入端，三极管Q4的集电极接电容C11的另一端和可调变压器T1的初级线圈第二输入端，可调变压器T1的次级线圈第一输入端接电容C12的正极，电容C12的负极接物联网控制终端信号接收端口。
电容C13-C16为去耦电容，以滤除耦合到电源端的高频噪声；电容C1为旁路电容，以滤除输入信号的高频噪声；电容C4-C5、C8、C10、C12、C17为耦合电容，以滤除低频噪声，通过这些电容滤除噪声的作用，从而达到消除模拟接收信号波形毛刺，使模拟接收信号波形平滑的效果。
本发明具体使用时，带通滤波电路接收物联网模拟信号接收器传来的模拟信号后，对模拟信号进行带通滤波，带通滤波电路中采用电阻R3和电容C2组成高通滤波电路，电阻R2和电容C3组成低通滤波电路，使只有通带BW内的信号才能无失真无衰减的通过，通带BW外的信号电压衰减至3db以下，带通滤波后信号分为二支回路，一支回路经电容C4传输至稳幅电路，另一支回路经电阻R8传输至相位检测补偿电路，稳幅电路根据电流增大时二极管D2、D3的并联动态电阻总和rd减小，电流减小时二极管D2、D3的并联动态电阻总和rd增大的特点反馈异常信号以调节运放器自身放大倍数Au，从而使输出电压稳定，达到模拟信号稳幅效果，相位检测补偿电路采样物联网模拟信号接收器输出端口传来的模拟信号，并与带通滤波后信号通过运放器AR2进行相位差运算，所得相位差信号通过运放器AR3取其最大正向电平，当最大正向电平为低电平，即两信号不存在相位差，带通滤波电路不存在非线性相移时，可控硅Q1不导通，三极管Q2导通，继电器K1吸合，继电器K2仍处于常开状态，稳幅后的信号经继电器K2触点3接通触点4传输至选频输出电路；当最大正向电平为高电平，即两信号存在相位差，带通滤波电路存在非线性相移时，三极管Q2截止，可控硅Q1导通，电源+12V通过可控硅及继电器K1的触点3、触点4传输到继电器K2的控制端触点1，继电器K2吸合，稳幅后的信号通过继电器K2触点3接通触点5传输至三极管Q3，三极管Q3集电极所接的电感L1利用自身的电压相位超前特性来补偿带通滤波电路中由电容造成的电压滞后相位，经电感L1相位补偿后，信号再传输至选频输出电路，选频输出电路运用可调变压器T1和电容C11并联组成选频网络，通过其并联谐振达到接收模拟信号的中心频率，对中心频率的信号进行放大，同时对其他频率的信号衰减到零，从而达到滤除物联网模拟接收信号中心频率外的其他频率信号和噪声的效果，电容C13-C16为去耦电容，滤除耦合到电源端的高频噪声；电容C1为旁路电容，滤除输入信号的高频噪声；电容C4-C5、C8、C10、C12、C17为耦合电容，滤除低频噪声，通过这些电容滤除噪声的作用，从而达到消除模拟接收信号波形毛刺，使模拟接收信号波形平滑的效果。
以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种物联网信号传输降噪***，包括物联网模拟信号接收器、滤波降噪模块、物联网控制终端、云服务器，其特征在于，所述物联网模拟信号接收器接收云服务器传来的模拟信号并传输至滤波降噪模块，所述滤波降噪模块对该模拟信号进行滤波降噪后传输至物联网控制终端，所述滤波降噪模块包括带通滤波电路、相位检测补偿电路、稳幅电路、选频输出电路；
所述带通滤波电路接收物联网模拟信号接收器传来的模拟信号，并对模拟信号进行带通滤波，带通滤波后信号分为二支回路，一支回路经电容C4传输至稳幅电路，另一支回路经电阻R8传输至相位检测补偿电路，所述稳幅电路运用二极管D2与二极管D3的并联回路和电阻R11串联连接，反馈异常幅值信号至运放器AR4内，运放器AR4通过电压串联负反馈方式调节自身放大倍数，从而调节带通滤波后信号的幅值，所述相位检测补偿电路采样物联网模拟信号接收器输出端口传来的模拟信号，并与带通滤波后信号通过运放器AR2进行相位比对检测，当检测到没有相位差时，稳幅后的信号经继电器K2触点3接通触点4传输至选频输出电路，当检测到有相位差时，继电器K2吸合，稳幅后的信号通过继电器K2触点3接通触点5经电感L1相位补偿后再传输至选频输出电路，所述选频输出电路运用可调变压器T1、电容C1组成并联谐振回路对输入选频输出电路的信号选频，选频后的信号经电容C12传输至物联网控制终端。
2.如权利要求1所述一种物联网信号传输降噪***，其特征在于，所述相位检测补偿电路包括运放器AR2，运放器AR2的反相输入端接电阻R5、电阻R6的一端，电阻R5的另一端接电容C1的正极、电容C17的负极和带通滤波电路的输入端,电容C1的负极接地，电容C17的正极接物联网模拟信号接收器输出端口,AR2的同相输入端接电阻R7、电阻R8的一端，电阻R7的另一端接地，电阻R8的另一端接带通滤波电路的输出端和稳幅电路的输入端，AR2的输出端接电阻R6的另一端和运放器AR3的同相输入端，运放器AR3的反相输入端接电容C6的正极、二极管D1的阴极、三极管Q2的基极和可控硅Q1的控制极，运放器AR3的输出端接二极管D1的阳极，电容C6的负极接地，可控硅Q1的阳极接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接电源+12V和电容C13的一端，电容C13的另一端接地，可控硅Q1的阴极接继电器K1的触点3，三极管Q2的集电极接地，三极管Q2的发射极接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接继电器K1的触点2，继电器K1的触点1接电源+12V和电容C14的一端，电容C14的另一端接地，继电器K1的触点4接继电器K2的触点1，继电器K1的触点5接电阻R15的一端，电阻R15的另一端接地、电阻R16的一端和三极管Q3发射极，继电器K2的触点2接地，继电器K2的触点3接稳幅电路的输出端，继电器K2的触点5接电容C8的正极，电容C8的负极接三极管Q3的基极、电阻R16的另一端和电阻R19的一端，三极管Q3的集电极接电阻R18和电容C7的的一端，电阻R18的另一端接电源+6V、电容C15的一端和电阻R19的另一端，电容C15的另一端接地，电容C7的的另一端接电阻R17和电感L1的一端，电阻R17和电感L1的另一端接选频输出电路的输入端和继电器K2的触点4。
3.如权利要求1所述一种物联网信号传输降噪***，其特征在于，所述带通滤波电路包括运放器AR1，运放器AR1的反相输入端接电阻R1和电阻R21的一端，电阻R1的另一端接地，运放器AR1的同相输入端接电阻R2和电容C2的一端，电容C2的另一端接电阻R3、电阻R4和电容C3的一端，电阻R3的另一端接地，电阻R4的另一端接相位检测补偿电路输入端和物联网模拟信号接收器输出端口，运放器AR1的输出端接电阻R2、电阻R21和电容C3的另一端、相位检测补偿电路的输入端和稳幅电路的输入端。
4.如权利要求1所述一种物联网信号传输降噪***，其特征在于，所述稳幅电路包括运放器AR4，运放器AR4的同相输入端接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接电容C4的负极，电容C4的正极接带通滤波电路的输出端，运放器AR4的反相输入端接电阻R10、电阻R11的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R11的另一端接二极管D2的阳极和二极管D3的阴极，运放器AR4的输出端接电容C5的正极、二极管D2的阴极和二极管D3的阳极，电容C5的负极接相位检测补偿电路的输出端。
5.如权利要求1所述一种物联网信号传输降噪***，其特征在于，所述选频输出电路包括三极管Q4，三极管Q4的基极接电容C10的负极和电阻R20的一端，电容C10的正极接相位检测补偿电路的输出端和稳幅电路的输出端，电阻R20的另一端可调变压器T1的初级线圈第一输入端、电阻R13的一端、电容C11的一端，电阻R13的另一端接电源+6V和电容C16的一端，电容C16的另一端接地，三极管Q4的发射极接地和可调变压器T1的次级线圈第二输入端，三极管Q4的集电极接电容C11的另一端和可调变压器T1的初级线圈第二输入端，可调变压器T1的次级线圈第一输入端接电容C12的正极，电容C12的负极接物联网控制终端信号接收端口。
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