CN108844677A - 一种力传感器检定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种力传感器检定装置，属于检定技术领域。该力传感器检定装置包括电源系统、力值采集系统和控制系统；力值采集系统与控制系统连接，力值采集系统包括模数转换芯片，力值采集系统用于与待检测的力传感器连接；力值采集系统和控制系统分别与电源系统连接；控制系统包括集成了蓝牙收发器的MCU、液晶显示电路，液晶显示电路与MCU连接；电源系统与力值采集系统、控制系统分别连接；解决了现在检测力传感器时需要人工记录数据、计算误差大，且需要额外携带笔记本电脑的问题；达到了简化力传感器的检测步骤，提高检测数据的精度，只需要携带一个力传感器检定装置即可实现力传感器自动检定的效果。
Description
技术领域
本发明实施例涉及检定技术领域，特别涉及一种力传感器检定装置。
背景技术
随着我国工业化进程的迅猛发展，力传感器的使用越来越广泛，对力传感器的检验工作也成为了质量技术监督部门的繁重任务。
为了保证设备中力传感器的准确度，每台设备都需要定期由国家计量检定机构对其进行检测。目前，力传感器的检测和自校均采用标准两期的比较法，即将标准传感器连接上标准测力仪放在设备上，通过设备自身显示的力值与标准传感器所连接的标准测力仪上显示的力值进行比较，根据比较结果核查设备中力传感器的准确度，以确定设备是否合格或是否需要整修。
在对力传感器进行检测时，往往需要带着标准测力仪，然而，标准测力仪体积大，在使用时需要寻找电源供电，导致整个检定过程效率低、操作繁琐。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种力传感器检定装置。该技术方案如下：
第一方面，提供了一种力传感器检定装置，包括电源系统、力值采集系统和控制系统；
力值采集系统与控制系统连接，力值采集系统包括模数转换芯片，力值采集系统用于与待检测的力传感器连接；
力值采集系统和控制系统分别与电源系统连接；
控制系统包括集成了蓝牙收发器的MCU、液晶显示电路，液晶显示电路与MCU连接；
电源系统与力值采集系统、控制系统分别连接。
可选的，力值检测系统包括传感器接口和模数转换芯片，传感器接口用于连接待检测的力值传感器；
传感器接口的输入引脚通过低通滤波电路与模数转换芯片的模拟输入端连接；
模数转换芯片的数据输出端与控制系统中的MCU连接。
可选的，液晶显示电路包括LCD驱动器和液晶显示屏；
LCD驱动器与液晶显示屏连接，LCD驱动器用于驱动液晶显示屏；
LCD驱动器与MCU连接。
可选的，控制系统还包括存储模块电路；
存储模块电路包括存储器芯片，存储器芯片与MCU连接。
可选的，控制系统还包括指示灯电路；
指示灯电路包括发光二极管和三极管，发光二极管的正极与三极管的集电极连接，发光二极管的负极通过电阻接地，三极管的基极与MCU连接，三极管的发射极连接3.3V电源。
可选的，电源系统包括USB充电电路和锂电池充放电电路；
USB充电电路包括USB接口和三极管，USB接口的数据引脚与MCU连接，USB的电源引脚与三极管的基极连接，三极管的集电极与MCU连接；
锂电池充放电电路至少包括锂电池和稳压芯片，稳压芯片与MCU连接，稳压芯片通过开关按键与锂电池连接；
USB的电源引脚通过锂电池充放电路中的三极管与锂电池连接。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过力传感器检定装置包括电源系统、力值采集系统和控制系统；力值采集系统与控制系统连接，力值采集系统包括模数转换芯片，力值采集系统用于与待检测的力传感器连接；力值采集系统和控制系统分别与电源系统连接；控制系统包括集成了蓝牙收发器的MCU、液晶显示电路，液晶显示电路与MCU连接；电源系统与力值采集系统、控制系统分别连接；解决了现在检测力传感器时需要人工记录数据、计算误差大，且需要额外携带笔记本电脑的问题；达到了简化力传感器的检测步骤，提高检测数据的精度，只需要携带一个力传感器检定装置即可实现力传感器自动检定的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的一种力传感器检定装置的结构框图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种力传感器检定装置的原理框图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种控制系统的局部电路原理图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种液晶显示电路的示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种存储模块电路的示意图；
图6是根据一示例性实施例示出的一种指示灯电路的示意图；
图7是根据一示例性实施例示出的一种力值采集系统的电路示意图；
图8是根据一示例性实施例示出的一种USB充电电路的示意图；
图9是根据一示例性实施例示出的一种锂电池充放电电路的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
请参考图1，其示出了本发明一个实施例提供的力传感器检定装置的结构框图。如1所示，该力传感器检定装置包括力值采集系统110、控制系统120和电源系统130。
力值采集系统110用于与待检测的力传感器连接，用于获取力传感器的力值数据。
力值采集系统110包括传感器接口112和模数转换芯片111，传感器接口112用于连接待检测的力值传感器。
传感器接口112和模数转换芯片111连接。
力值采集系统110与控制系统120连接。
控制系统120包括集成了蓝牙收发器的MCU121、液晶显示电路122、存储模块电路123、指示灯电路124。
可选的，MCU集成的蓝牙收发器为兼容2.4GHz的低功耗蓝牙收发器。当力传感器检定装置对力传感器进行检定时，通过MCU上集成的蓝牙收发器将检测数据发送至移动设备，移动设备上安装的应用程序对数据进行记录、采样、显示、以及根据检定结果生成电子原始记录和证书。
液晶显示电路122、存储模块电路123和指示灯电路124分别与MCU连接。
液晶显示电路122用于显示实时检定数据。
电源系统130与力值采集系统110、控制系统120分别连接。
电源系统130包括USB充电电路和锂电池充放电电路。USB充电电路包括USB接口和三极管，锂电池充放电电路至少包括锂电池和稳压芯片。
图2示例性地示出了本发明实施例提供的力传感器检定装置的原理框图。
图3示例性地示出了控制系统的局部电路原理图。
控制系统中MCU为U1，可选的，MCU的型号为CC2541MOD。
如图3所示，电阻R11、电容C8和二极管D3组成了上电复位电路，为了避免MCU在运行中出现死机等现象，在上电复位电路中增加了钽电容E3和三极管BG1。
当MCU死机时，外接电源通过USB接口为力传感器检定装置供电，5V电压对钽电容E3充电，三极管BG1处于导通状态，此时MCU的复位引脚Debug RST的电平被拉低，当钽电容E3充满电后，三极管BG1处于截止状态，MCU的复位引脚Debug RST的电平被拉高。如此，可以保证在MCU死机时，通过外接电源解决死机的问题，无需拆开力传感器检定装置，取出内置的电池来重启复位。
图4示例性地示出了控制系统中液晶显示电路的示意图。
由于型号为CC2541MOD的MCU的控制引脚数量有限，所以采用LCD驱动器驱动液晶显示屏。
可选的，LCD驱动器U2的型号为HT1621B。
LCD驱动器U2通过液晶显示屏接口LCD16PIN与显示屏连接。
HT1621B的输入接口为四线串行接口，即/CS：片选，/WR、/RD、DATA：串行接口；HT1621B的LCD输出接口为COM0～COM3、SEG0～SEG11，与液晶显示屏相连接。
LCD驱动器与MCU连接。
图5示例性地示出了控制系统中存储模块电路的示意图。
存储模块电路包括存储器芯片U4，存储器芯片U4与MCU连接。
存储器芯片U4的型号为AT24C256，存储器芯片为可编程只读存储器芯片，通过2线串行接口进行数据传输。
存储器芯片U4的第5引脚SDA和第6引脚SCL与MCU直连，实现存储器芯片与MCU之间的数据传输。
图6示例性地示出了控制系统中指示灯电路的示意图。
指示灯电路包括发光二极管BK1和三极管BG2，发光二极管BK1的正极与三极管BG2的集电极连接，发光二极管BK1的负极通过电阻R16接地，三极管BG2的基极与MCU连接，三极管BG2的发射极连接3.3V电源。
发光二极管BK1通过电阻R16接地，起到了限流的作用。
图7示例性地示出了力值采集系统的电路示意图。
力值采集系统包括传感器接口Sensor和模数转换芯片U3。传感器接口用于连接待检测的力值传感器。
可选的，模数转换芯片U3的型号为AD7797，AD7797是一款适合电子秤等高精度桥式传感器应用的完整模拟前端，内置一个24位分辨率Σ-Δ型ADC。
传感器接口Sensor的输入引脚SIn+和SIn-通过低通滤波电路与模数转换芯片的微波模拟输入端AIN+和AIN-连接；电阻R1、电容C6、电阻R2和电容C17组成低通滤波器。
模数转换芯片U3将采集到的模拟电压转换为数字信号。
模数转换芯片U3的串行数据输出引脚DOUT与MCU连接，模数转换芯片U3输出数字信号，并将该数字信号发送到MCU进行数据处理。
模数转换芯片U3的基准电压(REF+至REF-的电压)由电阻R3和电阻R4分压所得，同时通过电容C2进行高频滤波，以求得到更加稳定的基准电压。
电源系统包括USB充电电路和锂电池充放电电路。
本发明实施例提供的电源系统采用锂电池供电的方式进行供电，通过标准USB电源线进行充电。
图8示例性地示出了USB充电电路的示意图，图9示例性地锂电池充放电电路的示意图。
当使用外部USB供电时，三极管BG5导通，P_Power电平被拉低，MCU可判断出此时为外部USB供电；当使用锂电池供电时，三极管BG5的基极没有电压输入，三级管BG5处于截止状态，P_Power为高电平，MCU可判断出此时为内部锂电池供电。
USB充电电路包括USB接口和三极管，USB接口的数据引脚即第2引脚和第3引脚分布通过电阻R12和电阻R13与MCU的控制引脚即USB_D-和USB_D+相连接，用于数据传输；同时，USB接口的第3引脚上接电阻R14，电阻R14的另一引脚与MCU的控制引脚USB_PULL相连，用于数据传输的使能控制。当USB_PULL引脚为高电平时，禁止数据的传输，当USB_PULL引脚为低电平时，允许数据的传输。
锂电池充放电电路至少包括锂电池和稳压芯片V1，稳压芯片V1的型号为RT9013。稳压芯片与MCU连接，稳压芯片通过开关按键与锂电池连接。
USB的电源引脚通过锂电池充放电路中的三极管BG3与锂电池连接。
(一)锂电池放电
如图9所示，在锂电池电源输出端串入一个二极管D2，确保电压不会反向流入锂电池。为达到整个电路超长待机的目的，在电源供电部分的设计中，增加了三路电源通断判断接口，原理如下所述：
一、通过按下该力传感器检定装置的外部的开关按键，通过二极管D4将稳压芯片V1的使能引脚En(即3号引脚)置高，此时，稳压芯片V1的输出引脚Vout(即5号引脚)输出3.3V电源，该力传感器检定装置得电。同时，开关按键按下后，使得三极管BG6导通，P_KEY被拉低，MCU通过判断P_KEY电平状态，控制MCU的P_EN引脚的输出状态；
二、后级电路得电后，三极管BG6导通，P_KEY被拉低，MCU判断P_KEY电平为低电平时主MCU的P_EN引脚输出高电平，通过二极管D5将稳压芯片V1使能引脚En(即3号引脚)置高，使得稳压芯片的V1输出引脚Vout(即5号引脚)能够持续输出3.3V电源。
当整个电路长时间处于待机状态或者按下外部的开关按键时，MCU可以控制引脚P_EN输出低电平，将稳压芯片V1的使能引脚En(即3号引脚)置低，稳压芯片的V1输出引脚Vout(即5号引脚)没有电源输出。此时，后级电路处于断电状态；
三、通过插入USB接口，通过二极管D7将稳压芯片V1的使能引脚En(即3号引脚)置高，此时，稳压芯片V1的输出引脚Vout(即5号引脚)输出3.3V电源，该力传感器检定装置得电。
通过上述三种方式可保证电源的智能通断，长时间不操作，即可自动关机。极大地提高了整个装置的待机时长。
在稳压芯片V1的电源输入、输出端，分别并入了电容C4和电容E1、电容C5和电容E2，其中电容C4和电容C5进行高频滤波，电容E1和电容E2进行低频滤波。
(二)锂电池充电设计
当力传感器检定装置插上USB通讯线时，USB接口的5V电压(D+5V)通过三极管BG3对锂电池进行充电，同时，USB提供的5V电压经过二极管D1对后级电路进行供电，二极管D2则处于反向截止状态。
(三)锂电池电量检测设计
为了防止锂电池过充和过放现象的出现，设计电源系统时，在锂电池输出接口并入电阻R6和电阻R7，锂电池电压经过电阻R6、电阻R7分压后的电压通过P_Battery被MCU检测到，通过MCU判断电压值的大小，控制三极管BG4的基极P_Charge电平的高低，从而可以控制三极管BG3的通断，达到控制锂电池的充电状态的目的。为了防止锂电池电压反向通过三极管BG3，故在三极管BG3的集电极与锂电池正极之间串入了二极管D6。
本发明实施例提供的力传感器检定装置具有如下优点：
1、具有蓝牙通信功能，能够利用移动设备上安装的应用程序完成扫码秒录力传感器的信息，采样、自动计算检定结果，生成电子原始记录和证书等功能，大幅度提高检定效率、减轻劳动强度。
2、检定结果的精度高、体积小、携带方便。
3、可以将检定的所有数据信息统一上传云端，进行数据的处理和运算，大幅度提高了仪表检定的效率。
4、锂电池供电，不要外接电源及连接线，具有超长待机及使用时间，避免无电源无法检测的情况。
5、可适应各种复杂艰苦的检测环境。
需要说明的是，本发明实施例中图3至图9中引脚标号相同的引脚连接。
需要说明的是：上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种力传感器检定装置，其特征在于，包括电源系统、力值采集系统和控制系统；
所述力值采集系统与所述控制系统连接，所述力值采集系统包括模数转换芯片，所述力值采集系统用于与待检测的力传感器连接；
所述力值采集系统和所述控制系统分别与所述电源系统连接；
所述控制系统包括集成了蓝牙收发器的MCU、液晶显示电路，所述液晶显示电路与所述MCU连接；
所述电源系统与所述力值采集系统、所述控制系统分别连接。
2.根据权利要求1所述的力传感器检定装置，其特征在于，所述力值检测系统包括传感器接口和所述模数转换芯片，所述传感器接口用于连接所述待检测的力值传感器；
所述传感器接口的输入引脚通过低通滤波电路与所述模数转换芯片的模拟输入端连接；
所述模数转换芯片的数据输出端与所述控制系统中的MCU连接。
3.根据权利要求1所述的力传感器检定装置，其特征在于，所述液晶显示电路包括LCD驱动器和液晶显示屏；
所述LCD驱动器与所述液晶显示屏连接，所述LCD驱动器用于驱动所述液晶显示屏；
所述LCD驱动器与所述MCU连接。
4.根据权利要求1所述的力传感器检定装置，其特征在于，所述控制系统还包括存储模块电路；
所述存储模块电路包括存储器芯片，所述存储器芯片与所述MCU连接。
5.根据权利要求1所述的力传感器检定装置，其特征在于，所述控制系统还包括指示灯电路；
所述指示灯电路包括发光二极管和三极管，所述发光二极管的正极与所述三极管的集电极连接，所述发光二极管的负极通过电阻接地，所述三极管的基极与所述MCU连接，所述三极管的发射极连接3.3V电源。
6.根据权利要求1至5任一所述的力传感器检定装置，其特征在于，所述电源系统包括USB充电电路和锂电池充放电电路；
所述USB充电电路包括USB接口和三极管，所述USB接口的数据引脚与MCU连接，所述USB的电源引脚与所述三极管的基极连接，所述三极管的集电极与所述MCU连接；
所述锂电池充放电电路至少包括锂电池和稳压芯片，所述稳压芯片与所述MCU连接，所述稳压芯片通过开关按键与所述锂电池连接；
所述USB的电源引脚通过所述锂电池充放电路中的三极管与所述锂电池连接。
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