CN112505528A - 一种基于stm32的检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于STM32的检测系统，包括STM32单片机模块、信号源模块、有效值检波模块和4G通信模块，其中，STM32单片机模块用以对检测系统进行功能控制和数据处理；信号源模块用以产生正弦波信号作为信号源；有效值检波模块用以将待测放大电路中交流信号转化为直流信号；4G通信模块用以实现采集参数的无线传输；其中，所述信号源模块、有效值检波模块和4G通信模块均与所述STM32单片机模块相连，解决了现有利用放大电路参数测试仪来测量三极管放大电路的输入输出电阻、电压增益以及幅频特性等关键指标时测量过程繁琐且对操作人员要求较高的问题，使得测量过程简便，提高关键指标的检测精度且结构简单。

Description

一种基于STM32的检测系统
技术领域
本发明涉及电路测试技术领域，尤其涉及一种基于STM32的针对三极管放大电路的检测系统。
背景技术
随着世界各国电子科学技术的高速发展，三极管放大电路在工程制造中日益重要，三极管放大电路的输入输出电阻、电压增益以及幅频特性是三极管放大电路的关键指标，传统的三极管放大电路的输入输出电阻、电压增益和幅频特性等关键指标都是通过放大电路参数测试仪来测量，但是传统的放大电路参数测试仪测量过程繁琐，对操作人员的要求比较高。
发明内容
本发明公开的一种基于STM32的检测系统，解决了现有利用放大电路参数测试仪来测量三极管放大电路的输入输出电阻、电压增益以及幅频特性等关键指标时测量过程繁琐且对操作人员要求较高的问题，使得测量过程简便，提高关键指标的检测精度且结构简单。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
本发明公开一种基于STM32的检测系统，包括STM32单片机模块、信号源模块、有效值检波模块和4G通信模块，其中，STM32单片机模块用以对检测系统进行功能控制和数据处理；信号源模块用以产生正弦波信号作为信号源；有效值检波模块用以将待测放大电路中交流信号转化为直流信号；4G通信模块用以实现采集参数的无线传输；其中，所述信号源模块、有效值检波模块和4G通信模块均与所述STM32单片机模块相连。
进一步地，一种基于STM32的检测系统还包括隔离模块和衰减模块，其中，隔离模块用以避免后级电路对前级电路的影响，使得采集的电压幅度信息更加稳定；衰减模块用以使所述隔离模块的输出电压能够根据所述隔离模块的输入电压的变化而变化。
进一步地，所述STM32单片机模块包括按键单元、液晶显示单元、功能选择单元、数据采集单元、数据处理单元和A/D转换单元，其中，液晶显示单元用以显示测试数据；功能选择单元用以通过所述按键单元选择不同的测试功能；数据采集单元用以采集待测放大电路的电压信号；数据处理单元用以对所述数据采集单元采集的所述电压信号进行处理；A/D转换单元用以将采集的模拟信号转换为数字信号。
进一步地，所述隔离模块包括运算放大器，所述运算放大器的型号为AD811。
进一步地，衰减模块包括衰减倍数为100倍的反相比例运算电路。
进一步地，所述有效值检波模块包括直流转换器，所述直流转换器的型号为AD637。
进一步地，所述液晶显示电路包括液晶显示器，所述液晶显示器的型号为LCD12864。
进一步地，所述隔离模块中，芯片U1的第二引脚连接所述芯片U1的第六引脚，所述芯片U1的第三引脚连接连接器P1的第四引脚，所述芯片U1的第四引脚连接-15V端，同时，所述芯片U1的第四引脚经电容C3接地，同时所述芯片U1的第四引脚经电容C4接地，所述芯片U1的第六引脚连接连接器P2的第三引脚，所述芯片U1的第七引脚连接+15V端，同时，所述芯片U1的第七引脚经电容C1接地，同时所述芯片U1的第七引脚经电容C2接地。
进一步地，所述信号源模块中，芯片U1的第二十引脚连接VCC5V端，芯片U2的第十五引脚经电容C20接地，所述芯片U2的第十二引脚经电阻R6接地，芯片U3的第二十引脚连接VCC5V端。
进一步地，所述有效值检波模块中，芯片U61的第三引脚接地，所述芯片U61的第四引脚连接所述芯片U61的第十六引脚，同时，所述芯片U61的第四引脚依次经电阻R63和电阻R62连接+5V端，同时，所述芯片U61的第四引脚依次经电阻R63和电阻R62连接-5V端，所述芯片U61的第五引脚经电阻R61连接+5V端，所述芯片U61的第六引脚经电阻R68连接所述芯片U61的第十一引脚，所述芯片U61的第十一引脚连接连接器P63，所述芯片U61的第十二引脚连接-5V端，所述芯片U61的第十三引脚连接+5V端，所述芯片U61的第十五引脚依次经电阻R67和电容C64连接连接器P62。
有益技术效果：
1、本发明公开一种基于STM32的检测系统，包括STM32单片机模块、信号源模块、有效值检波模块和4G通信模块，其中，STM32单片机模块用以对检测系统进行功能控制和数据处理；信号源模块用以产生正弦波信号作为信号源；有效值检波模块用以将待测放大电路中交流信号转化为直流信号；4G通信模块用以实现采集参数的无线传输；其中，所述信号源模块、有效值检波模块和4G通信模块均与所述STM32单片机模块相连，解决了现有利用放大电路参数测试仪来测量三极管放大电路的输入输出电阻、电压增益以及幅频特性等关键指标时测量过程繁琐且对操作人员要求较高的问题，使得测量过程简便，提高关键指标的检测精度且结构简单；
2、本发明公开的一种基于STM32的检测系统，够判断该放大器电路元件变化而引起故障或者变化的原因；
3、本发明中，检测系统包括液晶显示单元用以显示测试数据，能够直接在界面上显示待测电路的各项参数以及幅频特性曲线，无需再通过示波器；
4、本发明中，检测系统包括4G通信模块，将实时数据发送至云平台，可进行远程检测，增加了便捷性；
5、本发明中，利用EMI电磁隔离技术，提高指标检测的精度，同时降低该系统对人体的辐射。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明所述的一种基于STM32的检测系统的硬件电路结构示意图；
图2为本发明所述的一种基于STM32的检测系统的STM32软件系统设计流程图；
图3为本发明所述的一种基于STM32的检测系统仿真电路示意图；
图4为本发明所述的一种基于STM32的检测系统信号源模块电路结构示意图；
图5为本发明所述的一种基于STM32的检测系统对待测电路输入输出电阻测量示意图；
图6为待测放大电路结构示意图；
图7为本发明所述的一种基于STM32的检测系统中隔离模块的电路原理图；
图8为本发明所述的一种基于STM32的检测系统中四路继电器原理图；
图9为本发明所述的一种基于STM32的检测系统中信号源模块的电路结构示意图；
图10为本发明所述的一种基于STM32的检测系统中有效值检波模块的电路结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。
本发明公开一种基于STM32的检测系统，参见图1，包括STM32单片机模块、信号源模块、有效值检波模块和4G通信模块，其中，STM32单片机模块用以对检测系统进行功能控制和数据处理，具体地，STM32单片机模块包括按键单元、液晶显示单元、功能选择单元、数据采集单元、数据处理单元和A/D转换单元，其中，液晶显示单元用以显示测试数据，优选地，液晶显示电路包括液晶显示器，液晶显示器的型号为LCD12864；功能选择单元用以通过所述按键单元选择不同的测试功能；数据采集单元用以采集待测放大电路的电压信号；数据处理单元用以对所述数据采集单元采集的所述电压信号进行处理；A/D转换单元，用以将采集的模拟信号转换为数字信号；信号源模块用以产生正弦波信号作为信号源；有效值检波模块用以将待测放大电路中交流信号转化为直流信号，优选地，有效值检波模块包括直流转换器，所述直流转换器的型号为AD637；4G通信模块用以实现采集参数的无线传输；其中，所述信号源模块、有效值检波模块和4G通信模块均与所述STM32单片机模块相连。
作为本发明的一个实施例，还包括隔离模块和衰减模块，其中，隔离模块用以避免后级电路对前级电路的影响，使得采集的电压幅度信息更加稳定，隔离模块包括运算放大器，运算放大器的型号为AD811；衰减模块用以使所述隔离模块的输出电压能够根据所述隔离模块的输入电压的变化而变化，具体地，衰减模块包括衰减倍数为100倍的反相比例运算电路。
作为本发明的一个实施例，隔离模块中，参见图7，芯片U1的第二引脚连接所述芯片U1的第六引脚，芯片U1的第三引脚连接连接器P1的第四引脚，芯片U1的第四引脚连接-15V端，同时，芯片U1的第四引脚经电容C3接地，同时芯片U1的第四引脚经电容C4接地，芯片U1的第六引脚连接连接器P2的第三引脚，芯片U1的第七引脚连接+15V端，同时，芯片U1的第七引脚经电容C1接地，同时芯片U1的第七引脚经电容C2接地，隔离模块采用电压跟随器的方式，输入电压与输出电压同相，且电压放大倍数恒小于且接近1，电压跟随器具有高输入电阻、低输出电阻的特点，当输入阻抗很高时，就相当于对前级电路开路，当输出阻抗很低时，对后级电路就相当于一个恒压源，即输出电压不受后级电路阻抗影响。一个对前级电路相当于开路，输出电压又不受后级阻抗影响的电路即具备隔离作用，即使前、后级电路之间互不影响。而隔离作用就是将负载对输入端的影响隔离掉。在这里，电压跟随器的作用正好达到应用，把电路置于前级和功放之间，可以切断功率放大器的反电动势对前级的干扰作用，减小失真度。
作为本发明的一个实施例，信号源模块中，参见图9，芯片U1的第二十引脚连接VCC5V端，芯片U2的第十五引脚经电容C20接地，芯片U2的第十二引脚经电阻R6接地，芯片U3的第二十引脚连接VCC5V端，采用STM32单片机控制DDS产生正弦信号作信号源，采用AD9850双通道DDS芯片，DDS的带宽相对较宽，频率分辨率也相对较高，可以输出连续相位，转换时间短可灵活控制，具有较高的性价比，AD9850芯片在采用3.3V供电的情况下，输出上限频率达到110MHz，在5V供电下，输出上限频率达到125MHz，都能够满足本系统对幅频特性指标的扫频要求，本系统选择用两块573锁存器对I/O口进行复用，可以节省单片机IO资源，在传输八位数据信号时，利用单片机控制STROBE0为1，STROBE1为0，当传输时钟、复位等信号时，令STROBE0为0，STROBE1为1。
作为本发明的一个实施例，有效值检波模块中，参见图10，芯片U61的第三引脚接地，芯片U61的第四引脚连接所述芯片U61的第十六引脚，同时，芯片U61的第四引脚依次经电阻R63和电阻R62连接+5V端，同时，芯片U61的第四引脚依次经电阻R63和电阻R62连接-5V端，芯片U61的第五引脚经电阻R61连接+5V端，芯片U61的第六引脚经电阻R68连接芯片U61的第十一引脚，芯片U61的第十一引脚连接连接器P63，芯片U61的第十二引脚连接-5V端，芯片U61的第十三引脚连接+5V端，芯片U61的第十五引脚依次经电阻R67和电容C64连接连接器P62，利用STM32单片机内部AD实时采集待测模拟放大电路不同节点的电压有效值信号信息，然而放大电路中的信号成分为交流信号，因此需要进行有效值检波，本系统以AD637为核心芯片构成有效值检波器，将放大电路中的交流信号转化为直流信号，该设计可测量的输入信号有效值可高达7V,对于lV的RMS的信号,它的3dB带宽为8MHz,并且可以对输入信号的电平以dB形式指示，当输入电压为100mV时，带宽标值为600kHz；输入电压为2V时，带宽标称值为8MHz。
本发明公开的一种基于STM32的检测系统的工作原理为：
本发明采用STM32F103单片机为核心控制器，以信号源模块为核心模块，并与隔离模块和衰减模块组合，在STM32F103的控制下，信号源模块输出频率为1KHZ，幅值为20mV的正弦波信号，并将输出信号输入待测放大器电路，以满足待测放大电路的输入要求，利用隔离模块消除负载对前一级电路的影响；通过有效值检波模块进行有效值检测，采用STM32单片机内部AD实时采集待测放大电路输入输出端的幅度信息，并在单片机内部计算相应的输入输出电阻以及电压增益，采集完电压信号后，对采集的电压信号进行均值处理，以便使电压采集的准确度进一步提高，然后利用电阻分压的原理公式，进一步计算待测放大电路的指标参数，本系统能够在3s内实现对放大电路的检测与故障排除，在传统数字芯片的检测中，通过STM32赋予数字芯片输入引脚不同电平，然后读取输出引脚电平，对比真值表数据库，完成数字芯片的检测与故障排除，利用液晶显示单元的X-Y显示方式，配合按键单元，将幅频特性曲线以及所得参数显示在界面上，利用4G模块将上述检测结果实时发送到云平台。
本发明公开的一种基于STM32的检测系统的具体操作步骤为，参见图2：
以测量图6所示的放大电路为例。
系统上电后首先完成一系列外设的初始化，例如4G模块、按键单元等，然后进入功能选择界面，通过“切换”和“确认”按键完成功能设置：“切换”键按下，则功能选择的箭头下移一格，“确认”按键按下，则进入对应功能界面，实现相应的功能；
用Multisim仿真软件对各硬件电路进行模拟仿真，参见图3，然后画出电路的PCB原理图,，各部分模块电路分别调试无误后，进行总体性能指标的测试；
相位累加器可在每一个时钟周期来临时将频率控制字所决定的相位增量M累加一次，如果计数大于2N，则自动溢出，而只保留后面的N位数字于累加器中。
信号发生器输出波形的频率fo可依据公式1计算，即
Figure BDA0002835940330000071
式中，fc为时钟频率，N为相位累加器位数，M为频率控制字。
采用STM32单片机测量输入电阻，参见图5，首先要在待测电路的输入端加一个待测电阻RS利用STM32单片机分别测出电阻两端电压，输入电阻可由公式2求出：
Figure BDA0002835940330000072
同理，采用STM32单片机测量输出电阻，首先要在待测电路的输出端加一个待测电阻RL利用STM32单片机分别测出电阻的开路电压Vo和有负载RL上的电压VOL，输出电阻可由公式3求出：
Figure BDA0002835940330000081
STM32电路与继电器电路相连接，参见图8，通过单片机控制四路继电器的开关，分别检测待测电阻RS，RL电阻断开、接入电路时，待测放大电路输入输出端的电压值。
本发明还能够判断该放大器电路元件变化而引起故障或者变化的原因。根据待测放大电路中，电阻电容元件短路、开路或者数值变化时，整体电路的输入、输出电阻也会发生变化，同时电路输出端电压也会随之变化，通过STM32单片机对输出电压进行实时采集，并计算出相应的输入电阻，根据所得数据，对仿真电路故障原因进行判断，故障原因分析见表1。
表1：
Figure BDA0002835940330000082
Figure BDA0002835940330000091
本发明公开的一种基于STM32的检测系统不仅使得放大电路各个指标的测量方便快捷，且能能够判断该放大器电路元件变化而引起故障或者变化的原因。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于STM32的检测系统，其特征在于，包括：
STM32单片机模块，用以对检测系统进行功能控制和数据处理；
信号源模块，用以产生正弦波信号作为信号源；
有效值检波模块，用以将待测放大电路中交流信号转化为直流信号；
4G通信模块，用以实现采集参数的无线传输；
其中，所述信号源模块、有效值检波模块和4G通信模块均与所述STM32单片机模块相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于STM32的检测系统，其特征在于，还包括：
隔离模块，用以避免后级电路对前级电路的影响，使得采集的电压幅度信息更加稳定；
衰减模块，用以使所述隔离模块的输出电压能够根据所述隔离模块的输入电压的变化而变化。
3.根据权利要求1所述的一种基于STM32的检测系统，其特征在于，所述STM32单片机模块包括：
按键单元；
液晶显示单元，用以显示测试数据
功能选择单元，用以通过所述按键单元选择不同的测试功能；
数据采集单元，用以采集待测放大电路的电压信号；
数据处理单元，用以对所述数据采集单元采集的所述电压信号进行处理；
A/D转换单元，用以将采集的模拟信号转换为数字信号。
4.根据权利要求2所述的一种基于STM32的检测系统，其特征在于，所述隔离模块包括运算放大器，所述运算放大器的型号为AD811。
5.根据权利要求2所述的一种基于STM32的检测系统，其特征在于，衰减模块包括衰减倍数为100倍的反相比例运算电路。
6.根据权利要求1所述的一种基于STM32的检测系统，其特征在于，所述有效值检波模块包括直流转换器，所述直流转换器的型号为AD637。
7.根据权利要求3所述的一种基于STM32的检测系统，其特征在于，所述液晶显示电路包括液晶显示器，所述液晶显示器的型号为LCD12864。
8.根据权利要求1所述的一种基于STM32的检测系统，其特征在于，所述隔离模块中，芯片U1的第二引脚连接所述芯片U1的第六引脚，所述芯片U1的第三引脚连接连接器P1的第四引脚，所述芯片U1的第四引脚连接-15V端，同时，所述芯片U1的第四引脚经电容C3接地，同时所述芯片U1的第四引脚经电容C4接地，所述芯片U1的第六引脚连接连接器P2的第三引脚，所述芯片U1的第七引脚连接+15V端，同时，所述芯片U1的第七引脚经电容C1接地，同时所述芯片U1的第七引脚经电容C2接地。
9.根据权利要求1所述的一种基于STM32的检测系统，其特征在于，所述信号源模块中，芯片U1的第二十引脚连接VCC5V端，芯片U2的第十五引脚经电容C20接地，所述芯片U2的第十二引脚经电阻R6接地，芯片U3的第二十引脚连接VCC5V端。
10.根据权利要求1所述的一种基于STM32的检测系统，其特征在于，所述有效值检波模块中，芯片U61的第三引脚接地，所述芯片U61的第四引脚连接所述芯片U61的第十六引脚，同时，所述芯片U61的第四引脚依次经电阻R63和电阻R62连接+5V端，同时，所述芯片U61的第四引脚依次经电阻R63和电阻R62连接-5V端，所述芯片U61的第五引脚经电阻R61连接+5V端，所述芯片U61的第六引脚经电阻R68连接所述芯片U61的第十一引脚，所述芯片U61的第十一引脚连接连接器P63，所述芯片U61的第十二引脚连接-5V端，所述芯片U61的第十三引脚连接+5V端，所述芯片U61的第十五引脚依次经电阻R67和电容C64连接连接器P62。
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