CN109752990A - 一种多通道电路通断控制和电压采集装置 - Google Patents
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Abstract
一种多通道电路通断控制和电压采集装置，外接有上位机，包括ARM控制器模块、JTAG下载模块、RS485通讯模块、电路通断控制模块、电压采集模块和I2C数据标定模块；所述ARM控制器模块用于控制整个硬件电路；所述ARM控制器模块通过所述JTAG下载模块从上位机下载所需控制程序；所述ARM控制器模块通过RS485通讯模块与上位机连接，实现ARM控制器模块和上位机之间的信息交互，同时使上位机按照设定的通信协议发送目标控制指令和接收数据；同时所述ARM控制器模块外部引脚和硬件电路分别与电路通断控制模块、电压采集模块和I2C数据标定模块连接；本发明通过上述的控制方法和电路设计，解决了现有技术的缺点，具有多通道、自动化、精确度和效率高、人机交互操作简单等优点，有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种多通道电路通断控制和电压采集装置。
背景技术
随着科技的发展、国民生活质量的不断提高，电子设备已经成为我们工作和生活中不可或缺的工具。因此，这些电子设备的核心电子元器件如电阻、二极管的生产是否达到质量，至关重要。
目前，电子元器件的生产主要由直线小型半自动化设备完成，这种设备振动噪音大且效率低，加工完成后需要准确有效地检测元器件的相关参数，判断元器件是否合格。这些检测工作一般通过元器件检测设备或大量操作熟练的工人完成，而现有的元器件检测设备自动化程度不高、单通道作业效率低，且人工操作精确度低、成本较高。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种多通道电路通断控制和电压采集装置，能够实现对电子元器件多通道检测通断和电压采集功能，以解决现有检测技术中导致的上述问题。
本发明的技术方案是：一种多通道电路通断控制和电压采集装置，外接有上位机，其特征在于：包括ARM控制器模块、JTAG下载模块、RS485通讯模块、电路通断控制模块、电压采集模块和I2C数据标定模块；
所述ARM控制器模块用于控制整个硬件电路；所述ARM控制器模块通过所述JTAG下载模块从上位机下载所需控制程序；所述ARM控制器模块通过RS485通讯模块与上位机连接，使得上位机按照设定的通信协议给ARM控制器模块发送目标控制指令，并接收ARM控制器模块的数据；同时所述ARM控制器模块外部引脚和硬件电路分别与电路通断控制模块、电压采集模块和I2C数据标定模块连接；
所述电路通断控制模块包括串行转并行输出位移缓存器、继电器、外接检测电源插座；所述串行转并行输出位移缓存器输入端与所述ARM控制器模块连接，其输出端接继电器线圈，每个待测元器件均并联一个继电器的常开触点，所有待测元器件串联连接并由外接检测电源插座提供检测电流，实现电路通断控制；
所述电压采集模块是差分转单端硬件电路，包括模拟开关和运放电路；所述模拟开关的选通控制端与所述ARM控制器模块连接，其输入端与待测元器件连接，其输出端接入运放电路得到单端电压，并将单端电压接入所述ARM控制器模块的ADC IO口完成待测元器件的电压采集；
所述I2C数据标定模块用于对所述电压采集模块采集到的待测元器件的电压数据进行标定，在所需控制程序中写入校准系数并采用线性回归方法完成电压数据标定，能够提高电压采集精度；
ARM控制器模块通过控制所述电路通断控制模块的继电器线圈得电/失电，实现多通道、自动化检测待测元器件的通断；通过控制电压采集模块的模拟开关选通命令指定的待测元器件，完成对待测元器件的电压采集。
本发明的进一步技术方案是：所述ARM控制器模块所需电压为3.3V。
本发明的进一步技术方案是：所述JTAG下载模块是通过由ARM控制器模块引出8针接插头与ARM控制器模块连接。
本发明的进一步技术方案是：所述电路通断控制模块选用的继电器为24V供电。
本发明的进一步技术方案是：所述电压采集模块的模拟开关为21V供电，ADC参考电压为2.5V。
本发明的进一步技术方案是：所述I2C数据标定模块中的校准系数通过高精度电压表多次采集实际电压值，进行线性回归得到。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种多通道电路通断控制和电压采集装置，能够实现使用同一检测仪器对元器件的以下两个特性进行检测；通过发送控制指令控制待测元器件并联的继电器的常开触点的通断，能够实现多通道、自动化检测待测元器件的通断，克服了现有检测技术作业效率低下的缺点；通过对待测元器件采集的电压数据再次进行软件标定，提高了作业精确度；且能够开发上位机人机交互界面，实现上、下位机实时通讯，操作简单，便于控制。
利用RS485通讯模块实现ARM控制器与上位机之间的总线通讯，具有抗干扰能力强、传输距离远特点。
附图说明
图1是本发明一种多通道电路通断控制和电压采集装置100的结构示意图；
图2是本发明ARM控制器模块的连接示意图；
图3是本发明JTAG下载模块的连接示意图；
图4是本发明RS485通讯模块的连接示意图；
图5是本发明电路通断控制模块的连接示意图；
图6是本发明电压采集模块的连接示意图；
图7是本发明I2C数据标定模块的连接示意图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。
如图1所示，本发明的一种多通道电路通断控制和电压采集装置100，外接上位机(PC)，包括ARM控制器模块101、JTAG下载模块102、RS485通讯模块103、电路通断控制模块104、电压采集模块105和I2C数据标定模块106。
ARM控制器模块101用于控制整个硬件电路；ARM控制器模块101通过JTAG下载模块102从上位机(PC)下载自身所需控制程序；ARM控制器模块101通过RS485通讯模块103与上位机连接，实现ARM控制器模块101和上位机之间的信息交互，同时使上位机按照设定的通信协议发送目标控制指令和接收数据；同时ARM控制器模块101外部引脚和硬件电路分别与电路通断控制模块104、电压采集模块105和I2C数据标定模块106连接。
当ARM控制器模块接收到上位机(PC)发送的控制指令时，其内部的控制程序会控制电路通断控制模块、电压采集模块和I2C数据标定模块执行相应的动作。当ARM控制器模块接收到上位机发送的检测待测元器件通断的控制指令时，所述外接高精度恒流源自动上电，提供预设电流，ARM控制器控制所述继电器线圈得电/失电，从而实现多通道、自动化检测待测元器件的通断；当ARM控制器模块接收到上位机发送的采集待测元器件两端电压的控制指令时，ARM控制器模块控制所述模拟开关选通命令指定的待测元器件，完成对待测元器件的电压采集；
如图2所示，ARM控制器模块101用于控制整个硬件电路，U1A和U1B为ARM控制器STM32F103VxT6，外部晶振8MHz；U2为24V转3.3V稳压电路，U3为3.3V转2.5V稳压电路；P1为外接24V供电电源插座，P4为外接检测电源插座，P2为待使用的空引脚排插；外接LED1为电源指示灯，当24V电源供电时，LED1点亮。
如图3所示，JTAG1为由ARM控制器引出的8针接插头，利用杜邦线连接至J_Link下载器，下载器通过USB接口与上位机(PC)连接，可以通过J-Link进行在线程序仿真、调试和程序下载。
如图4所示，U4为RS485通讯电路，USART1-TXD、USART1-RXD、USART-RE引脚分别与ARM控制器的78、79、80脚连接，差分信号线485-A、485-B连接至DB9插座J5，通过485接口或485转USB串口转换器与上位机连接，按照既定的通信协议通过上位机编程控制信号输出，实现ARM控制器与上位机之间的数据发送和数据接收。
电路通断控制模块104是由串行转并行输出位移缓存器、继电器、外接高精度恒流源和待测元器件组成的硬件电路；所述串行转并行输出位移缓存器输入端与所述ARM控制器模块连接，其输出端接继电器线圈，每个待测元器件均并联一个所述继电器的常开触点，所有待测元器件串联连接并由外接检测电源插座提供检测电流，实现电路通断控制；
如图5所示，当待测电子元器件为10个电阻时，U16和U18为级联的两个串行转并行输出位移缓存器，串行输入控制引脚与ARM控制器连接，并行输出与信号驱动芯片U17和U19的输入端连接；继电器RELAY1-RELAY11的线圈一端与U17和U19的输出引脚连接，另一端接24V电源，继电器RELAY1-RELAY10的常开触点依次并联在10个待测电阻R_1至R_10两端，继电器RELAY11的常开触点一端接电源地，另一端接检测电源负极，其中继电器RELAY1-RELAY11对应图5中的U5-U15；R_1至R_10串联连接并提供检测电流，正、负极分别引至DB15接插头JP1和JP2。
下面对检测元器件通断的工作原理作进一步的详细描述：
当上位机发送检测电阻R_1通断的控制指令时，ARM控制器控制级联的U16和U18并行输出相应的4位十六进制数据，使继电器RELAY1的线圈失电，常开触点断开，继电器RELAY2-RELAY10的线圈得电，常开触点吸合，即只有R_1被接入电路，R_2至R_10被短路，当ARM控制器执行完控制指令后会向上位机回复“检测电阻R_1通断操作成功”或“检测电阻R_1通断操作失败”，上述过程即完成了控制指令下对应电路通断的控制。同理，可以实现在R_1至R_10任意组合的控制命令下电路通断的控制。
所述电压采集模块是由模拟开关和待测元器件组成的差分转单端硬件电路；所述模拟开关的选通控制端与所述ARM控制器模块连接，其输入端与待测元器件连接，其输出端接入差分转单端电路得到单端电压；并将单端电压接入所述ARM控制器模块的ADC IO口完成待测元器件的电压采集；
如图6所示，U22为24V转21V稳压电路；LED2为ARM控制器运行呼吸灯，正常运行过程中按照控制程序中写入的频率闪亮；U20和U21为21V供电的模拟开关，选通控制引脚与ARM控制器连接，输入引脚分别接R-_1至R-_10和R+_1至R+_10，输出引脚经过差分转单端电路得到R_V，然后接入ARM控制器的ADC IO口进行电压采集，该电路设计具有稳压、降低电源噪声、抗干扰等优点。
下面对电压采集的工作原理作进一步的详细描述：
当上位机发送采集电阻R_1两端电压的控制指令时，ARM控制器控制级联的U16和U18并行输出相应的4位十六进制数据，使继电器RELAY11的线圈得电，常开触点吸合，此时恒流源负极与电源负极共地，可以降低在采集电压模拟量过程中的干扰；同时U20和U21分别选通R-_1和R+_1，ARM控制器采集实际电压值R_V并经过数据标定后向上位机回复“电阻R_1两端电压采集操作成功，数据为1.315V”或“电阻R_1两端电压采集操作失败”。同理，可以实现R_2至R_10的电压采集。
如图7所示，U23为I2C数据标定电路，通过控制程序写入校准系数a和b，对采集的电压数据进行标定：
y＝ax+b
其中，a和b通过高精度电压表多次采集实际电压值，进行线性回归得到；x为电压采集值，该值的精确度与ARM控制器的ADC采样率有关；y为电压标定值。
当待测电子元器件为多于10个电阻时，电路通断控制功能通过增加级联的串行转并行输出位移缓存器U16的数目实现，电压采集功能通过使用模拟开关U20和U21的空输入引脚和增加模拟开关的数目实现。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种多通道电路通断控制和电压采集装置，外接有上位机，其特征在于：包括ARM控制器模块、JTAG下载模块、RS485通讯模块、电路通断控制模块、电压采集模块和I2C数据标定模块；
所述ARM控制器模块用于控制整个硬件电路；所述ARM控制器模块通过所述JTAG下载模块从上位机下载所需控制程序；所述ARM控制器模块通过RS485通讯模块与上位机连接，使得上位机按照设定的通信协议给ARM控制器模块发送目标控制指令，并接收ARM控制器模块的数据；同时所述ARM控制器模块外部引脚和硬件电路分别与电路通断控制模块、电压采集模块和I2C数据标定模块连接；
所述电路通断控制模块包括串行转并行输出位移缓存器、继电器、外接检测电源插座；所述串行转并行输出位移缓存器输入端与所述ARM控制器模块连接，其输出端接继电器线圈，每个待测元器件均并联一个继电器的常开触点，所有待测元器件串联连接并由外接检测电源插座提供检测电流，实现电路通断控制；
所述电压采集模块是差分转单端硬件电路，包括模拟开关和运放电路；所述模拟开关的选通控制端与所述ARM控制器模块连接，其输入端与待测元器件连接，其输出端接入运放电路得到单端电压，并将单端电压接入所述ARM控制器模块的ADC IO口完成待测元器件的电压采集；
所述I2C数据标定模块用于对所述电压采集模块采集到的待测元器件的电压数据进行标定，在所需控制程序中写入校准系数并采用线性回归方法完成电压数据标定，能够提高电压采集精度；
ARM控制器模块通过控制所述电路通断控制模块的继电器线圈得电/失电，实现多通道、自动化检测待测元器件的通断；通过控制电压采集模块的模拟开关选通命令指定的待测元器件，完成对待测元器件的电压采集。
2.根据权利要求1所述多通道电路通断控制和电压采集装置，其特征在于：所述ARM控制器模块所需电压为3.3V。
3.根据权利要求1所述多通道电路通断控制和电压采集装置，其特征在于：所述JTAG下载模块是通过由ARM控制器模块引出8针接插头与ARM控制器模块连接。
4.根据权利要求1所述多通道电路通断控制和电压采集装置，其特征在于：所述电路通断控制模块选用的继电器为24V供电。
5.根据权利要求1所述多通道电路通断控制和电压采集装置，其特征在于：所述电压采集模块的模拟开关为21V供电，ADC参考电压为2.5V。
6.根据权利要求1所述多通道电路通断控制和电压采集装置，其特征在于：所述I2C数据标定模块中的校准系数通过高精度电压表多次采集实际电压值，进行线性回归得到。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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