CN114113782A - 便携式旋转机械频率测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式旋转机械频率测试仪，包括壳体以及设置于壳体内部的主控单元、信号处理单元和电源管理单元，壳体上设置触摸屏、集成接口和开关机按键；主控单元为测试仪的核心，负责数据的采集与处理；信号预理单元对输入信号进行整形滤波，将旋转机械输出的正弦信号转换为脉冲信号；电源管理单元给各其它单元模块供电；触摸屏与主控单元通过I2C总线进行数据通讯。本发明能够将旋转机械输出的正弦信号转换为同频脉冲信号，实现单台旋转机械频率的测量；测试仪具备功耗低、体积小、设计成本低等优点。
Description
技术领域
本发明属于传感检测领域，具体涉及一种便携式旋转机械频率测试仪。
背景技术
在旋转机械研制、生产、工业化应用阶段，需要对单台设备的运行频率进行检测，而现有技术的旋转机械频率检测装置存在功耗大、设计成本高、体积大等缺点。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种便携式旋转机械频率测试仪。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种便携式旋转机械频率测试仪，包括壳体以及设置于壳体内部的主控单元、信号处理单元和电源管理单元，壳体上设置集成接口和开关机按键；所述主控单元与信号处理单元电连接，完成数据的采集与处理；所述信号处理单元接收旋转机械输出的正弦信号进行整形滤波，并将正弦信号转化为同频率的脉冲信号输入到主控单元进行测量；所述电源管理单元分别与主控单元和信号处理单元电连接，实现对各个单元及器件的供电。
在上述技术方案中，还包括设置于壳体上的触摸屏。
在上述技术方案中，所述触摸屏与主控单元进行通讯。
在上述技术方案中，所述触摸屏通过I2C总线与主控单元通讯。
在上述技术方案中，所述主控单元由主控芯片组成，主控芯片的10号引脚为输入捕获接口，接电压比较器的1号引脚；主控芯片的29号引脚为普通GPIO口，与开关机按键电连接；主控芯片的30号引脚、31号引脚为I2C接口，与触摸屏连接。
在上述技术方案中，所述信号处理单元是由双运算放大芯片和电压比较器组成的整形滤波电路。
在上述技术方案中，所述双运算放大芯片的1号引脚和5号引脚相连；电阻R1分别接GND和双运算放大芯片的2号引脚；电阻R2两端分别接旋转机械信号输入和双运算放大芯片的3号引脚；电容C1分别接GND和双运算放大芯片的3号引脚；双运算放大芯片的4号引脚接GND；双运算放大芯片的6号引脚和7号引脚相连后接电压比较器的3引脚；VCC接双运算放大芯片的8引脚；R3、R4构成分压电阻，分压输出端接电压比较器的2号引脚；电压比较器的1号引脚为脉冲输出口，接主控单元的输入捕获接口；电压比较器的4号引脚接GND；VCC接电压比较器的8号引脚；电压比较器的5号引脚、6号引脚、7号引脚悬空。
在上述技术方案中，所述电源管理单元包括锂电池和电源芯片，电源芯片负责将锂电池输出电压转换为标准电压源。
在上述技术方案中，所述锂电池的正级接电源芯片的1号引脚；锂电池的负极接GND；电源芯片的2号引脚、4号引脚接GND；电源芯片的3号引脚接主控芯片的29号引脚；电源芯片的5号引脚接电压源。
在上述技术方案中，所述集成接口为旋转机械信号采集接口和充电接口通过USB母头集成。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种便携式旋转机械频率测试仪，可对单台旋转机械的频率进行测量，信号处理电路能够将旋转机械输出的正弦信号转换为同频脉冲信号，实现单台旋转机械频率的测量；测试仪选择低功耗MCU、触摸屏及外围器件，具备自动休眠功能，正常运行功耗≤3w，整机成本≤70元；测试仪功耗低、体积小、重量轻、设计成本低，内置高容量电池，方便现场携带。
附图说明
图1是本发明便携式旋转机械频率测试仪的结构示意图；
图2是本发明便携式旋转机械频率测试仪中信号处理单元的电路图；
图3是本发明便携式旋转机械频率测试仪中主控单元的电路图；
图4是本发明便携式旋转机械频率测试仪中电源管理单元的电路图；
图5是本发明便携式旋转机械频率测试仪的外壳的结构示意图；
图6是本发明便携式旋转机械频率测试仪的测试方法流程图。
其中：
1 壳体 2 主控单元
3 信号处理单元 4 电源管理单元
5 触摸屏 6 集成接口
7 锂电池 8 开关机按键
9 充电器 10 主控芯片
11 双运算放大芯片 12 电压比较器
13 电源芯片。
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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明便携式旋转机械频率测试仪的技术方案。
如图1所示，一种便携式旋转机械频率测试仪，包括壳体1以及设置于壳体1内部的主控单元2、信号处理单元3和电源管理单元4，壳体1上设置触摸屏5、集成接口6和开关机按键8；
所述主控单元2为测试仪的核心，负责数据的采集与处理；其与信号处理单元3电连接，对信号处理单元3输出的脉冲信号进行采集和处理；主控单元2由主控芯片10组成，
在本实施例中，所述主控芯片10选用华大HC32L136K8TA处理芯片，HC32L136K8TA处理芯片是一款旨在延长电池使用寿命的超低功耗、宽电压工作范围的MCU，正常工作模式下电流仅为30μA/MHz。主控单元2的具体电路图，如图3所示，主控芯片10的PA00为输入捕获接口，负责采集信号处理单元输出的脉冲信号；PA08连接电源管理芯片控制端，控制测试仪的开/关机状态；PA09、PA10为I2C接口，完成与触摸屏的数据交互；PD06、PD07为普通GPIO口，通过控制LED灯指示测试仪当前工作状态；SWDIO、SWCLK为程序下载接口，用于程序烧写与在线仿真。所述主控单元2的具体电路连接为：主控芯片10的10号引脚为输入捕获接口，接电压比较器12的1号引脚；主控芯片10的29号引脚为普通GPIO口，控制测试仪的开关机，与开关机按键8电连接；主控芯片10的30号引脚、31号引脚为I2C接口，负责与触摸屏5进行数据交互；主控芯片10的35号引脚、36号引脚为GPIO口，通过控制LED1、LED2指示手持表不同的工作状态；主控芯片10的34号引脚、37号引脚为SWDIO和SWCLK接口，用于程序下载与在线仿真。
所述信号处理单元3接收旋转机械输出的正弦信号进行整形滤波，并将正弦信号转化为同频率的脉冲信号输入到主控单元1进行测量；所述信号处理单元3是由双运算放大芯片11和电压比较器12组成的整形滤波电路，其具体电路图如图2所示。
在本实施例中，所述双运算放大芯片11采用AD822双运算放大器，所述电压比较器12采用LM393电压比较器，两者组合完成信号转换。AD822双运算放大器的A通道运放及外围电路构成前端电压比较器，参考电压为GND，能够将输入信号始终保持在DC 3.3V及以下，保护后端电路；AD822双运算放大器的B通道运放及外围电路构成电压跟随器，在电路中起缓冲隔离作用；LM393电压比较器的A通道为后端电压比较器，参考电压为1V，当输入信号大于1V时，LM393输出高电平，当输入信号小于1V时，LM393电压比较器的输出低电平，从而实现输入信号至脉冲信号的转换。所述信号处理单元3的具体电路连接为：双运算放大芯片11的1号引脚和5号引脚相连；电阻R1分别接GND和双运算放大芯片11的2号引脚；电阻R2两端分别接旋转机械信号输入和双运算放大芯片11的3号引脚；电容C1分别接GND和双运算放大芯片11的3号引脚；双运算放大芯片11的4号引脚接GND；双运算放大芯片11的6号引脚和7号引脚相连后接电压比较器12的3引脚；VCC接双运算放大芯片11的8引脚；R3、R4构成分压电阻，分压输出端接电压比较器12的2号引脚；电压比较器12的1号引脚为脉冲输出口，接主控单元1的输入捕获接口；电压比较器12的4号引脚接GND；VCC接电压比较器12的8号引脚；电压比较器12的5号引脚、6号引脚、7号引脚悬空。
所述电源管理单元4分别与主控单元2、信号处理单元3和触摸屏5电连接，实现对各个单元及器件的供电；所述电源管理单元4包括锂电池7和电源芯片13，电源芯片13负责将锂电池7输出电压转换为标准电压源；锂电池7输出电压经电源芯片13转换为DC 3.3v电压后，给其它各单元模块供电。在本实施例中，所述电源芯片13采用TPS73633电源芯片，锂电池7采用大佳满溢科技深圳有限公司生产的103450型锂电池供电，103450型锂电池电池容量1500mAh，满电电压4.2V，标称电压3.7V。电源管理单元4通过TPS73633电源转换芯片将103450型锂电池输出电压转换为3.3V电压，给各其它单元模块供电。所述电源管理单元4的具体电路连接为：锂电池7的正级接电源芯片13的1号引脚；锂电池7的负极接GND；电源芯片13的2号引脚、4号引脚接GND；电源芯片13的3号引脚接主控芯片10的29号引脚；电源芯片13的5号引脚接电压源。
所述触摸屏5通过I2C总线与主控单元2与通讯，完成数据交互，用户可通过触摸屏对背光亮度进行设置。在本实施例中，所述触摸屏5选用宏达科技公司2.8寸TFT 彩色电容触摸屏，具有功耗低、可靠性高、显示视域广等优点；触摸屏工作电压为DC 3.3V，显示点阵为240*320像素，工作温度为-20℃~70℃，背光可调，通过I2C总线进行数据通讯。
所述集成接口6旋转机械信号采集接口和充电接口的集成，本实施例中通过USB母头将旋转机械信号采集接口和充电接口集成在一起。
便携式旋转机械频率测试仪的外形结构如图5所示，在本实施例中，所述壳体1的长为12.3cm，宽为7.2cm，厚为2.3cm。
本发明的使用方法：
使用过程中，信号处理单元3将旋转机械输出的正弦信号转换为脉冲信号，主控单元2通过输入捕获接口对脉冲信号进行采集、处理、并计算出频率值，计算结果通过I2C总线发送给触摸屏5，实现旋转机械信号的采集与显示，用户可结合现场环境设置触摸屏5背光，降低测试仪功耗。
实施例2
以实施例1为基础的，一种便携式旋转机械频率测试方法，如图6所示，包括以下步骤：
（ⅰ）开始；S1
（ⅱ）各模块初始化，包括系统时钟、看门狗、输入捕获定时器、GPIO等外设初始化；S2
（ⅲ）判断工作模式。如果开始频率测量，执行步骤（ⅳ）；否则，执行步骤（ⅵ）；S3
（ⅳ）频率测量；S4
（ⅴ）频率值显示，通过I2C总线将频率值发送至触摸屏；S5
（ⅵ）触摸屏背光设置；S6
（ⅶ）看门狗喂狗；S7
（ⅷ）判断是否自动休眠。如果超过30s没操作测试仪，执行步骤（ⅹ），休眠，否则执行步骤（ⅸ）；S8
（ⅸ）判断关机按键是否按下。如果是，执行步骤（ⅹ），测试仪关机，否则执行步骤（ⅲ）；S9
（ⅹ）将触摸屏背光亮度值写入Flash；S10
（xi）结束。S11
本发明提供了一种便携式旋转机械频率测试仪，其中信号处理电路能够将旋转机械输出的正弦信号转换为同频脉冲信号，实现单台旋转机械频率的测量；测试仪选择低功耗MCU、触摸屏及外围器件，具备自动休眠功能，正常运行功耗≤3w，整机成本≤70元；测试仪体积小、重量轻，内置高容量电池，方便现场携带。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种便携式旋转机械频率测试仪，其特征在于：包括壳体（1）以及设置于壳体（1）内部的主控单元（2）、信号处理单元（3）和电源管理单元（4），壳体（1）上设置集成接口（6）和开关机按键（8）；
所述主控单元（2）与信号处理单元（3）电连接，完成数据的采集与处理；所述信号处理单元（3）接收旋转机械输出的正弦信号进行整形滤波，并将正弦信号转化为同频率的脉冲信号输入到主控单元（1）进行测量；所述电源管理单元（4）分别与主控单元（2）和信号处理单元（3）电连接完成供电。
2.根据权利要求1所述的便携式旋转机械频率测试仪，其特征在于：还包括设置于壳体（1）上的触摸屏（5）。
3.根据权利要求2所述的便携式旋转机械频率测试仪，其特征在于：所述触摸屏（5）与主控单元（2）进行通讯，且与电源管理单元（4）电连接完成供电。
4.根据权利要求3所述的便携式旋转机械频率测试仪，其特征在于：所述触摸屏（5）通过I2C总线与主控单元（2）通讯。
5.根据权利要求1所述的便携式旋转机械频率测试仪，其特征在于：所述主控单元（2）由主控芯片（10）组成，主控芯片（10）的10号引脚接电压比较器（12）的1号引脚；主控芯片（10）的29号引脚与开关机按键（8）电连接；主控芯片（10）的30号引脚、31号引脚与触摸屏（5）连接。
6.根据权利要求1所述的便携式旋转机械频率测试仪，其特征在于：所述信号处理单元（3）是由双运算放大芯片（11）和电压比较器（12）组成的整形滤波电路。
7.根据权利要求6所述的便携式旋转机械频率测试仪，其特征在于：所述双运算放大芯片（11）的A通道运放及外围电路构成前端电压比较器；双运算放大芯片（11）的B通道运放及外围电路构成电压跟随器；电压比较器（12）的A通道为后端电压比较器，L电压比较器（12）的输出低电平，实现输入信号至脉冲信号的转换。
8.根据权利要求1所述的便携式旋转机械频率测试仪，其特征在于：所述电源管理单元（4）包括锂电池（7）和电源芯片（13），电源芯片（13）将锂电池（7）输出电压转换为标准电压源。
9.根据权利要求8所述的便携式旋转机械频率测试仪，其特征在于：所述锂电池（7）的正级接电源芯片（13）的1号引脚；电源芯片（13）的3号引脚接主控芯片（10）的29号引脚。
10.根据权利要求1所述的便携式旋转机械频率测试仪，其特征在于：所述集成接口（6）为旋转机械信号采集接口和充电接口通过USB母头集成。
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