具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。

本发明提出一种解决柔性阵列压阻式传感器信号串扰与多点检测的调理电路及方法，首先为实现多点检测，本发明提出了一种快速行检测的方法极大地减少了阵列扫描检测的时间，从而实现了更准确更快速的多点检测功能。继而又提出行列等电势法消除了阵列压阻单元间的信号串扰问题。快速行检测法可以快速检测所选通行上的压阻单元是否受到压力，而不需要逐一地检测所有的压阻单元，从而极大地缩短行列扫描时间，提高了多点检测的速度。行列等电势法消除了柔性阵列压阻式传感器中因选通的待测压阻单元与其它未选通的压阻单元之间的因其串并联关系而普遍存在的信号串扰问题，提高了压力检测的准确性与精度。

所述的快速行检测法指的当给某行提供电压即选通该行时，此时若无压力作用于该行上的压阻单元上，那么压阻单元的阻值可视为无穷大，因接地参考电阻的存在，此时该行不同列上电压信号接近地电压(此时先关闭列等电势电路)因此可认为各列逻辑电平为低电平，而如果有压力作用于该行某列上的压阻单元上，通过设置合适的参考电阻可以使得在压力检测范围内一旦该行上的某列压阻单元检测到压力，可使得该列的输出电压大于设定的阈值，以便使其输出电平为逻辑高电平。因此将所有的列信号作为输入端接入到多输入或门中检测其输出便可以判断该行是否有压力作用。若或门输出逻辑低电平那么说明没有压力作用于该行中的所有压阻单元，此时便可以进行下一行的检测，而若或门输出逻辑高电平那么说明有压力作用于该行中的某一压阻单元，此时便可以对该行的压阻单元逐一的检测，以便确定是哪一个压阻单元受到了力的作用。

所述的行列等电势法包括行等电势法与列等电势法。

具体而言，行等电势法指的是通过选通行列线从而选中某个压阻单元的时候，将该压阻单元中的列信号线上的电压即被测信号的电压通过反馈电路反馈至其它的未选通的行信号线，从而除所选行之外的所有未选通的其它行信号线上的电压都相同并且就等于所选列线上的电压即被测信号的电压，这时所选通列除选通的压阻单元外该列上其它未选通的电阻两端电压都相同，因此没有电流流过它们，从而消除了选通压阻单元与其它列压阻单元因串并联关系而产生的信号串扰问题。

具体而言，列等电势法指的是通过选通行列线从而选中某个压阻单元的时候，将该压阻单元中的行信号线上的电压即选通某压阻单元时需提供的行电压，通过反馈电路反馈至其它的未选通的列信号线，从而除所选列之外的所有未选通的其它列引线上的电压都相同并且就等于所选行线上的电压即选通电压，这时所选通行除选通的压阻单元外该行上其它未选通的电阻两端电压都相同，因此没有电流流过它们，从而消除了选通压阻单元与其它行压阻单元因串并联关系而产生的信号串扰问题。

一种解决柔性阵列压阻式传感器信号串扰与多点检测的调理电路，包括行选通信号线接口P1、列选通信号线接口P2、一组行控制线、一组列控制线、多路模拟开关U1、多路模拟开关U2、多通道单刀单掷模拟开关U3、多通道单刀单掷模拟开关U4，译码器U5、译码器U6，多路通用运算放大器U7、多路通用运算放大器U8、精密运算放大器U9、多输入或门U10、三极管Q1、滤波电路与主控芯片MCU。

行选通信号线接口P1，用于将待测的柔性阵列压阻式传感器的行引线接入。

列选通信号线接口P2，用于将待测的柔性阵列压阻式传感器的列引线接入，列选通信号线接口P2接对地参考电阻Ref。

行控制线，由MCU的一组GPIO1口控制，行控制线的另一端连着多路模拟开关U1与译码器U5，分别用于控制多路模拟开关U1进行行选通的功能，即选通柔性阵列压阻式传感器的某一行，用于控制译码器U5的输出，译码器U5的输出控制着多通道单刀单掷模拟开关U3，达到选通其它未选通所在行的目的，以便将特定的电压反馈至除选通行外所有的未选通行，达到行等电势的目的。

列控制线，由MCU的一组GPIO2口控制，列控制线的另一端连着多路模拟开关U2与译码器U6，分别用于控制多路模拟开关U2进行列选通的功能，即行选通之后再进行列选通，从而选中某一个特定的压阻单元，用于控制译码器U6的输出，译码器U6的输出控制着多通道单刀单掷模拟开关U4，达到选通其它未选通所在列的目的，以便将特定的电压反馈至除选通列外所有的未选通列，达到列等电势的目的。

多路模拟开关U1，一输入多输出，其将传统的多路模拟开关的输出端当做输入使用，接入特定的电平，通过行控制线从多路模拟开关U1的多个输出通道中选择一个输出通道将多路模拟开关U1的输入电压输出从而选通某一行。

多路模拟开关U2，多输入一输出，当行选通时柔性阵列压阻式传感器的某一行信号线各列上的电压信号都会传输到多路模拟开关U2上，此时通过列控制线从多通道中选择一个通道作为最终的采样信号传输到后级的调理电路，通过行列扫描法便可以选择柔性阵列压阻式传感器中的任意一个压阻单元。

多通道单刀单掷模拟开关U3，用来给未选通行信号线提供特定电压，以便达到行等电势的要求；多通道单刀单掷模拟开关U3控制信号需要与译码器U5的有效输出电平匹配，比如若多通道单刀单掷模拟开关U3控制引脚是高电平有效时，译码器U5的输出电平必须是低电平有效，才能达到选通某一行时，译码器U5输出对应的电平信号一低多高，这样多通道单刀单掷模拟开关U3总会只有一个通道的模拟开关关闭，而其余通道的模拟开关打开，将特定的电压信号反馈至行信号线上达到行等电势的要求。

多通道单刀单掷模拟开关U4，用来给未选通列信号线提供特定电压，以便达到列等电势的要求；多通道单刀单掷模拟开关U4控制信号需要与译码器U6的有效输出电平匹配，比如若多通道单刀单掷模拟开关U4控制引脚是高电平有效时，译码器U6的输出电平必须是低电平有效，才能达到选通某一列时，译码器U6输出对应的电平信号一低多高，这样多通道单刀单掷模拟开关U4总会只有一个通道的模拟开关关闭，而其余通道的模拟开关打开，将特定的电压信号反馈至列信号线上达到列等电势的要求。

译码器U5，控制多通道单刀单掷模拟开关U3，译码器U5输出的有效电平需使得多通道单刀单掷模拟开关U3处于仅有一路开关关闭，其余开关开启的状态，以达到行等电势的目的。

译码器U6，控制多通道单刀单掷模拟开关U4，译码器U6输出的有效电平需使得多通道单刀单掷模拟开关U4处于仅有一路开关关闭，其余开关开启的状态，以达到列等电势的目的。

多路通用运算放大器U7，多路模拟开关U1的输出连接着多路通用运算放大器U7的输入同相端，输出反馈至反相端使其成为跟随器，并将多路通用运算放大器U7的输出连接至行选通信号线接口P1，起到缓冲隔离的作用，以便减小干扰，提高测量精度。

多路通用运算放大器U8，多路模拟开关U2的输出连接着多路通用运算放大器U8的输入同相端，输出反馈至反相端使其成为跟随器，并将多路通用运算放大器U8的输出连接至列选通信号线接口P2，起到缓冲隔离的作用，以便减小干扰，提高测量精度。

精密运算放大器U9，通过改变反馈电阻Rf与反相端相连的对地电阻Rd可以改变放大倍数，对采集到的信号经过放大电路放大合适倍数，后经过一阶低通滤波电路对其进行滤波，后输入MCU的ADC端口将采集到的模拟电压信号转化为数字信号，从而获知柔性压阻式传感器受到压力的情况。

三极管Q1，导通状态决定着是否给列等电势电路中的多路通用运算放大器U8供电，从而控制列等电势电路是否工作；具体通过控制MCU的GPIO3输出高电平，使得三极管Q1导通，多路通用运算放大器U8的供电Von电压接近0V，以此达到关闭列等电势电路的目的；通过控制MCU的GPIO3输出低电平，使得三极管Q1截止，多路通用运算放大器U8的供电Von电压接近供电电压VCC，此时列等电势电路正常工作。

多输入或门U10，将各列信号线作为多输入或门U10的输入，多输入或门U10的输出电平为MCU的GPIO4的电平信号，在列等电势电路关闭的情况下，时刻监测MCU的GPIO4的电平信号，进行快速行检测，若GPIO4为低电平则代表着此时选通行中没有压阻单元受到压力，换下一行继续检测所选通行，若GPIO4为高电平则代表着此时选通行中有压阻单元受到压力；检测到选通行有压阻单元受到压力时，这时便需要关闭快速行检测电路，开启列等电势电路消除信号串扰，然后将所需要的采样信号采集出来。

利用上述调理电路解决柔性阵列压阻式传感器信号串扰与多点检测的调理方法，包括如下步骤：

1)、将待测的柔性阵列压阻式传感器的行引线、列引线分别接入行选通信号线接口P1、列选通信号线接口P2。

2)、阵列行选通：通过MCU的一组GPIO1口所引出的行控制线控制多路模拟开关U1将行选通电压Vrow送至某行信号线上从而达到行选的目的，而与此同时行控制线还会控制译码器U5，译码器U5的输出电平信号会选通多通道单刀单掷模拟开关U3除多路模拟开关U1所选择通道之外的所有通道，并把最终采样到的电压信号Vadc经过起缓冲隔离作用的多路通用运算放大器U7反馈至柔性阵列压阻式传感器的行引线上，从而达到行等电势的目的。

3)快速行检测：因为快速行检测法需要在无列等电势的情况下才能正常工作，所以引入列等电势会对快速行检测的结果产生影响。故在实际的电路中因先关闭列等电势电路，利用快速行检测法对所选行进行检测。若检测到该行有压阻单元受到压力的作用，那么再开启列等电势电路对压阻单元的输出信号进行采样输出，若未检测到压力，则无需开启列等电势电路，可继续检测下一行。

具体通过控制MCU的GPIO3输出高电平，使得三极管Q1导通，多路通用运算放大器U8的供电Von电压接近0V，此时列等电势电路未工作，即不会将行供电电压反馈至各列线电压上。此时当选中某一行时该行中未选通的列将不存在因列等电势电路而存在的反馈电压，这时可以利用快速行检测法来判段该行是否有压阻单元受到压力，将柔性阵列压阻式传感器中的列引线作为多输入或门U10的输入，时刻监测MCU的GPIO4的电平信号，GPIO4的电平信号即为多输入或门U10的输出电平，是若GPIO4为低电平则代表着此时选通行中没有压阻单元受到压力，换下一行继续检测所选通行，若GPIO4为高电平则代表着此时选通行中有压阻单元受到压力。若未关闭列等电势电路即使压阻单元未受到压力，因反馈电压的存在多输入或门U10的输出为高电平，此时将无法通过多输入或门U10的输出电平来判断某行的压阻单元是否受到压力。

检测到选通行有压阻单元受到压力时，这时便需要关闭快速行检测电路，通过控制MCU的GPIO3输出低电平，使得三极管Q1截止，多路通用运算放大器U8的供电Von电压接近供电电压VCC，此时列等电势电路正常工作，开启列等电势电路消除信号串扰。

4)阵列列选通：通过MCU的一组GPIO2口所引出的列控制线控制多路模拟开关U2的通道使能，每次只选通一个通道并将与此通道相连的对地参考电阻Ref上的电压作为此通道的输入电压经多路模拟开关U2输出至精密运算放大器U9的同相输入端，以此达到列选通的目的，而与此同时列控制线还会控制译码器U6，译码器U6的输出电平信号会选通多通道单刀单掷模拟开关U4除多路模拟开关U2所选择通道之外的所有通道，并把给作为行选通供电电压Vrow经过起缓冲隔离作用的多路通用运算放大器U8反馈至柔性阵列压阻传感器的列引线上，从而达到列等电势的目的。

5)通过行列选通之后便可以选中柔性阵列压阻式传感器的某个压阻单元，其与对地参考电阻Ref串联在一起，通过串联电阻分压原理，对地参考电阻Ref将产生对地电压输入至精密运算放大器U9，通过改变反馈电阻Rf与反相端相连的对地电阻Rd可以改变放大倍数，对采集到的信号经过放大电路进行一定比例的放大，然后经过一阶低通滤波电路滤去无用的干扰噪声信号，得到最终的较平滑的模拟采样电压信号Vadc，Vadc输入到MCU的内置ADC模块，从而可测出待测压阻单元的阻值。

为进一步说明本发明，以下以16*16的阵列为待测阵列进行具体说明。

如图1所示，其只需引出行列引线便可，不需要为柔性阵列压阻式传感器中的每一个压阻单元都单独引出引线。图1中待测阵列所引出的行引线接入图2中的行选通信号接口P1，引出的列引线接入图2中的列选通信号接口P2。

将待测的压阻单元阵列的行列引线分别接入图2中的行选通信号接口P1、列选通信号接口P2接口后，首先进行阵列行选通即通过MCU的第一组GPIO1口所引出的行控制线控制多路模拟开关U1将行选通电压Vrow送至某行信号线上从而达到行选的目的。而与此同时行控制线还会控制译码器U5，译码器U5的输出电平信号会选通多通道单刀单掷模拟开关U3除多路模拟开关U1所选择通道之外的所有通道，并把最终采样到的电压信号Vadc经过起缓冲隔离作用的多路通用运算放大器U7反馈至阵列压阻式传感器的行引线上，从而达到行等电势的目的。

然后进行快速行检测。通过控制MCU的GPIO3输出高电平，使得三极管Q1导通，多路通用运算放大器U8的供电Von电压接近0V，以此达到关闭列等电势电路的目的，然后时刻监测MCU的GPIO4的电平信号，因为GPIO4的电平信号即为多输入或门U10的输出电平，而多输入或门U10的输入是柔性阵列压阻式传感器中的列引线，因此若GPIO4为低电平则代表着此时选通行中没有压阻单元受到压力，换下一行继续检测所选通行，若GPIO4为高电平则代表着此时选通行中有压阻单元受到压力。检测到选通行有压阻单元受到压力时，这时便需要关闭快速行检测电路，开启列等电势电路消除信号串扰，然后将所需要的采样信号采集出来。具体就是通过控制MCU的GPIO3输出低电平，使得三极管Q1截止，多路通用运算放大器U8的供电Von电压接近供电电压VCC即可。

再进行阵列列选通。通过MCU的一组GPIO2口所引出的列控制线控制多路模拟开关U2的通道使能，每次只选通一个通道并将与此通道相连的对地参考电阻Ref上的电压作为此通道的输入电压经多路模拟开关U2输出至精密运算放大器U9的同相输入端，以此达到列选通的目的。而与此同时列控制线还会控制译码器U6，译码器U6的输出电平信号会选通多通道单刀单掷模拟开关U4除多路模拟开关U2所选择通道之外的所有通道，并把给作为行选通供电电压Vrow经过起缓冲隔离作用的多路通用运算放大器U8反馈至柔性阵列压阻传感器的列引线上，从而达到列等电势的目的。

通过行列选通之后便可以选中柔性阵列压阻式传感器的某个压阻单元，其与对地参考电阻Ref串联在一起，通过串联电阻分压原理，对地参考电阻Ref将产生对地电压输入至精密运算放大器U9进行一定比例的放大，然后经过一阶低通滤波电路滤去无用的干扰噪声信号，得到最终的较平滑的模拟采样电压信号Vadc，Vadc输入到MUC的内置ADC模块，从而可测出待测压阻单元的阻值。

为进一步说明行列等电势法消除信号串扰的原理，图3、图4以较简单的3*3的小阵列压阻式传感器来进行阐述，大阵列压阻式传感器的消除信号串扰的原理一样。

在图3中通过行列控制信号选择出压阻单元R5，若没有加入行列等电势电路，那么选中压阻单元R5时实际测得的阻值不是R5的阻值，而是R5与其他压阻单元串并联之后的阻值，如图4中左侧电路图所示。

行等电势法的原理如下所述：

在图3中选中压阻单元R5时，行引线x2上需要提供一个行选通电压Vrow(V+)，此时列引线y2会因电阻R5与Ref2串联分压而具有一定的电压Vadc。为防止此时电流流经R5后再通过R8或R2流回x3或x1等其他行，可以将y2列上的电压Vadc反馈至x3与x1行，这时R8、R2两端的电压相等，便不会有电流流经R8、与R2，从而达到行等电势的要求消除列信号串扰问题。

列等电势法的原理如下所述：

在图3中选中压阻单元R5时，行引线x2上需要提供一个行选通电压Vrow(V+)，列引线y2上的电压为Vadc。为防止此时电流在流过R5的同时，也有一部分电流流经R4或R6，从而引起串扰问题，可以将x2行上的电压Vrow反馈至y3与y1列，这时R4、R6两端的电压相等，便不会有电流流经R4、与R6，从而达到列等电势的要求消除行信号串扰。

使用行列等电势法后实测电阻就是所测压阻单元的阻值如图4右侧电路所示，从而消除柔性阵列压阻式传感器信号串扰问题。

快速行检测法的原理如下所述：

快速行检测法使用时不能使用列等电势法，因列等电势法会对快速行检测法的结果产生影响，在实际的检测中应先使用快速行检测法，检测到该行有压阻单元受到压力时，再使用列等电势法消除信号串扰，否则继续检查下一行。因此首先需要通过MCU给GPIO3高电平信号控制三极管Q1处于导通状态，使得列等电势电路所用到的多路通用运算放大器U8供电电压Von接近地电压0V，此时多路通用运算放大器U8处于非工作状态切断了列等电势电路的电压反馈回路，此时所述的列等电势法无效，将不会对快速行检测法的结果产生影响。如图5左侧图所示，选中压阻单元R5时行引线x2上需要提供一个行选通电压Vrow(V+)，此时该行上若没有压阻单元受到压力，那么该行压阻单元R4、R5、R6的阻值可以看作是无穷大的，因对地参考电阻Ref1、Ref2、Ref3的存在，列y1、y2、y3上的电压Vref1、Vref2、Vref3都近似为0V，对应着逻辑电平低电平0，各列信号作为输入信号输入至多输入或门U10，则多输入或门U10的输出电平为低电平代表着所选行上的压阻单元未检测到压力，此时无需再对该行的每一列进行扫描检测可直接进行下一行的检测，比如采用传统方法对16*16阵列中的每一个压阻单元进行逐一的检测则需要检测16*16次，而采用快速行检测法只需在GPIO4电平为高时，再对该行进行逐一检测，16*n次，n(1≤n≤16)为同一个检测循环里不同行上受到压力的压阻单元的个数，极大地提高多点检测的速度。图5右侧图所示，选中压阻单元R5时行引线x2上需要提供一个行选通电压Vrow(V+)，此时该行上压阻单元R5受到压力，该行压阻单元R4、R6的阻值可以看作是无穷大的，因对地参考电阻Ref1、Ref3的存在，列y1、y3上的电压Vref1、Vref3都近似为0V，对应着逻辑电平0，而因压阻单元R5的阻值不再是无穷大，而是有一个较为固定的阻值，此时选择合适的参考电阻Ref2，根据串联电阻分压原理便可以使得列y2上的电压Vref2大于多输入或门U10的输入高电平阈值从而使得vref2所代表的逻辑电平为高电平，此时多输入或门U10的输出电平为高电平代表着该行检测到压力，再通过MCU给GPIO3低电平信号控制三极管Q1处于截止状态，使得列等电势电路所用到的多路通用运算放大器U8供电电压Von接近供电电压VCC，此时使得多路通用运算放大器U8处于工作状态，开启列等电势电路消除信号串扰，然后将所需要的采样信号采集出来，达到了多点快速检测的目的。