CN203719623U - 一种电感式表面粗糙度测量仪控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电工电子技术领域，尤其是一种电感式表面粗糙度测量仪控制装置，包括主控板、触键板、模拟板、接口板和位置传感板，触键板与ARM处理器通过板对板接插件电性连接；模拟板与ARM处理器经线对板接插件电性连接，传感器驱动电路、交流放大电路上均设有连接待测电感传感器的接口；接口板经线对板接插件与供电电池连接；位置传感板与ARM处理器经线对板接插件电性连接；模拟板、接口板通过薄膜电缆与主控板电性连接。本实用新型结构设计采用一体化结构设计，电路明晰简单，抗灰抗污能力强，驱动输出稳定，实现了充电智能管理，运行稳定可靠，推广应用前景广阔，是一种理想的新型粗糙度测量装置。

Description

一种电感式表面粗糙度测量仪控制装置

技术领域

本实用新型涉及电工电子技术领域，尤其是一种电感式表面粗糙度测量仪控制装置。

背景技术

在生产制造工件时，对于加工工件的粗糙度一般均有严格要求，作为质量管理的步骤，对大小、形状不同的工件表面粗糙度进行测量是十分必要的一项工作，检验是否达到了设计所要求的粗糙度指标。目前，用于测量工件表面粗糙度的粗糙度仪，越来越趋向小型化、便携化、使用方便的目标。专利号为01279334.5的一种手持式粗糙度仪，采用DSP芯片进行控制和数据处理，克服了现有粗糙度仪测量速度慢、能耗高的缺陷，实现了仪器一体化的目的，是一种新型的电感式粗糙度测量仪。但此专利所使用的技术方案仍然存在以下不足：

1、处理器芯片：采用TI的54系列DSP芯片，AD芯片、FLASH程序存储器都是外置芯片，与显示屏等元件的接口使用总线方式，电路复杂，集成度低；

2、数据存储器：在DSP内部的RAM中只能存储一组当前数据，更换电池导致数据丢失；

3、操作按键：采用轻触实体按键，机构结构相对复杂，抗灰尘和油污能力差；

4、电机驱动电路：采用若干个电阻分压电路进入多选一模拟开关选择，需要调整电路板上的电位器，电路复杂，调整不便，容易受震动等造成输出电压的变化问题；

5、充电管理电路：其选用的充电控制芯片仅具备恒流恒压功能，需要在开机状态下由DSP监测完成充电，不具备关机充电的功能，仅能提供一种充电电流，也仅能通过电源适配器完成充电操作；

6、位置传感器：使用直接粘在金属基体上的霍尔元件，安装调试繁琐，所采用的强磁钢在工作当中容易失效。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述技术缺点提供一种电感式表面粗糙度测量仪控制装置，实现高度集成的一体式控制，运行稳定可靠、抗灰尘油污能力强、充电智能控制的目的。

本实用新型解决技术问题采用的技术方案为：一种电感式表面粗糙度测量仪控制装置，

包括主控板、触键板、模拟板、接口板和位置传感板，其中，所述主控板上设有ARM处理器，ARM处理器分别与OLED显示屏、蜂鸣器电路、实体键电路、电池电压采样电路、数字电路基准源模块、数字电路3.3V电源模块、USB接口电路、RS232接口电路和数据存储器单元电性连接；

所述触键板上设有触键电路，触键电路与ARM处理器通过板对板接插件电性连接；

所述模拟板上设有正弦波振荡器电路、传感器驱动电路、交流放大电路、相敏检波电路、有源滤波电路、直流放大电路、模拟基准源电路、电机驱动电路、模拟+3.3V电源电路和模拟-3.3V电源电路，模拟板与ARM处理器经线对板接插件电性连接，传感器驱动电路、交流放大电路上均设有连接待测电感传感器的接口；

所述接口板上设有充电电源切换电路、充电管理电路、开关键、充电指示灯、USB插座、充电插座和RF遥控电路，RF遥控电路用于接收RF遥控器的信号启动测量，接口板经线对板接插件与供电电池连接；

所述位置传感板上设有位置传感电路，位置传感电路与ARM处理器经线对板接插件电性连接；

所述模拟板、接口板通过薄膜电缆与主控板电性连接。

所述ARM处理器为基于ARM-Cortex-M3的STM32L152VBT6处理器。

所述OLED显示屏为2.7英寸、基于128*64点阵的显示屏。

所述位置传感电路为基于槽型光耦元件的传感电路。

所述充电管理电路为基于TP4056充电管理芯片的智能充电控制电路，用以实现电源适配器、USB充电模式的自动切换。

所述数据存储器单元为基于EEPROM存储器的64k数据存储器。

所述OLED显示屏连接有基于NCP1403升压芯片的OLED显示屏15V电源。

本实用新型所具有的有益效果是：本实用新型结构设计采用一体化结构设计，电路明晰简单，抗灰抗污能力强，驱动输出稳定，实现了充电智能管理，运行稳定可靠，推广应用前景广阔，是一种理想的新型粗糙度测量装置。

附图说明

附图1为本实用新型的结构示意图。

附图2为本实用新型所述ARM处理器的电路图。

附图3为本实用新型所述数据存储器的电路图。

附图4为本实用新型所述OLED显示屏15V电源的电路图。

附图5为本实用新型所述触键电路的电路图。

附图6为本实用新型所述电机驱动电路的电路图。

附图7为本实用新型所述充电管理电路的电路图。

附图8为本实用新型所述充电电源切换电路的电路图。

附图9为本实用新型所述位置传感电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图1～附图9对本实用新型做以下详细说明。

如图1～图9所示，本实用新型包括主控板1、触键板2、模拟板3、接口板4和位置传感板5，其中，所述主控板1上设有ARM处理器101，ARM处理器101分别与OLED显示屏102、蜂鸣器电路104、实体键电路105、电池电压采样电路106、数字电路基准源模块107、数字电路3.3V电源模块108、USB接口电路109、RS232接口电路110和数据存储器单元111电性连接；

如图1、图5所示，所述触键板2上设有触键电路和电容式触摸按键，触键电路与ARM处理器101通过板对板接插件电性连接；使用了ARM内带的电荷转移式电容触键电路，使用了第2、3、9组作为圆形转轮的信号，使用了第7、8组提供6个单体键信号，第10组提供同步驱动信号，每组有1个采样电容。通过板对板接插件XS106/107/108连接触键板上的电极。

由于使用了电容触键，除了使用舒适、按键机械结构简单的优点外，按键区表面为全部封闭的塑料材质平面，具有抗灰尘、抗油污，可靠性高的优点。而本设计的对比专利“手持式粗糙度仪”，采用的是轻触实体按键，存在机械结构复杂，抗灰尘和油污能力差等缺点。

所述模拟板3上设有正弦波振荡器电路304、传感器驱动电路305、交流放大电路307、相敏检波电路308、有源滤波电路309、直流放大电路310、模拟基准源电路301、电机驱动电路311、模拟+3.3V电源电路303和模拟-3.3V电源电路302，模拟板3与ARM处理器101经线对板接插件电性连接，传感器驱动电路305、交流放大电路307上均设有连接待测电感传感器306的接口；待测电感传感器306接入传感器驱动电路305和交流放大电路307之间；

模拟板3上的电机驱动电路311，电路图如图6所示，DAC1是ARM的DAC输出，在电机停止、以三档不同速度进行测量、返回时分别输出不同的电压，经运算放大器电路驱动电机以不同速度运转。电机运行速度不准确时，通过软件界面的DAC值分别对各档的DAC输出电压进行微调，并存入EEPROM中记忆。具有调整方便，电路简单，不受环境影响的优点。

而本设计的对比专利“手持式粗糙度仪”，电机不同电压则是采用若干个电阻分压电路进入多选一模拟开关选择，需要调整电路板上的电位器。存在电路复杂，调整不便，容易受震动等造成输出电压变化的缺点。

所述接口板4上设有充电电源切换电路407、充电管理电路406、开关键401、充电指示灯402、USB插座403、充电插座404和RF遥控电路405，RF遥控电路405用于接收RF遥控器的信号启动测量，接口板4经线对板接插件与供电电池5连接；

所述位置传感板5上设有位置传感电路，位置传感电路与ARM处理器101经线对板接插件电性连接；

所述模拟板3、接口板4通过薄膜电缆与主控板1电性连接。

所述ARM处理器101为基于ARM-Cortex-M3的STM32L152VBT6处理器。

如图2所示，CPU采用基于ARM Cortex-M3的处理器STM32L152VBT6，该芯片内置128k字节的FLASH，4k字节EEPROM，16k字节RAM，1个24通道12位ADC，2个12位DAC，触键驱动，SPI，USB，UART，I2C等。

ADC输入用于采集测量信号、电机电流、电池电压等信号。

DAC输出用于控制电机驱动电压，SPI口用于与OLED屏通讯，I2C口用于与数据存储器通讯，使用GROUP2/3/7/8/9/10作为触键检测信号，使用PB2/10/11PD4/5/6/7PE4/5/7作为实体键输入信号。

ARM芯片集成了FALSH程序存储器、ADC转换、DAC转换、SPI接口、I2C接口、USB接口等，具有电路简单，集成度高，可靠性高的优点。

而本设计的对比专利“手持式粗糙度仪”，采用的是TI的54系列DSP芯片，AD芯片、FALSH程序存储器都是外置芯片，与显示屏等的接口使用总线方式，电路复杂，集成度低。

所述OLED显示屏102为2.7英寸、基于128*64点阵的显示屏。

所述位置传感电路为基于槽型光耦元件的传感电路。如图9所示，位置传感电路使用槽型光耦来检测电机是否归位。电机离位时，槽型光耦无遮挡，光耦内的光敏三极管导通，输出高电平；电机归位时，槽型光耦有遮挡，光耦内的光敏三极管不导通，输出低电平。使用安装于电路板上的槽型光耦，具有安装调试简单，抗环境干扰好，工作可靠性高的优点。而本设计的对比专利“手持式粗糙度仪”，使用的是直接粘在金属基体上的霍尔元件，存在安装调试繁琐，需要使用强磁钢，工作当中容易失效的缺点。

所述充电管理电路406为基于TP4056充电管理芯片的智能充电控制电路，用以实现电源适配器、USB充电模式的自动切换。

如图7所示，充电管理电路406使用TP4056完成充电过程的控制，TP4056具有内置MOSFET、恒流恒压控制、芯片过热保护、充电结束控制、2.9V涓流充电控制、电池温度监测等功能。可以完成所有的充电过程控制，并具备完整的保护功能。ARM仅在开机状态下检测充电状态，在OLED屏上显示，不需要任何的充电控制，关机状态也可以充电。

充电时红色指示灯亮，充满后绿色指示灯亮。PROG管脚的接地电阻决定充电电流，这里通过对VQ402的控制实现双充电电流控制。USB充电时时，MOS管关断，充电电流为440mA，适合USB口输出电流能力；电源适配器充电时，MOS管导通，充电电流为940mA，适合电源适配器电流输出能力，充电速度快约一倍。而本设计的对比专利“手持式粗糙度仪”，采用的充电控制芯片仅具有恒流恒压功能，需要在开机状态由DSP监测完成充电，不具备关闭充电的功能，仅有一种充电电流。

如图8所示，所述充电电源切换电路407通过MOS管VQ401的开关控制实现充电电源的切换，当XS401不接电源适配器，USB口XS402接上时，MOS管导通，USB口的USB5V输出到+5V提供充电电源；当XS402接上电源适配器时，MOS管截止，电源适配器的5V作为充电电源。这样就实现了接USB口和电源适配器都能充电，电源适配器接口优先的功能。而本设计的对比专利“手持式粗糙度仪”，仅能使用电源适配器充电。

如附图3所示，所述数据存储器单元111为基于EEPROM存储器的64k数据存储器。

由于粗糙度测量在最大评定长度时每次测量的数据量达到6k字节，ARM芯片内部的EEPROM和RAM不能满足数据存储需求，在这里使用1片64k字节的EEPROM存储器AT24C512，可以完整保存10组测量数据。芯片通过I2C接口与CPU连接。WP是写保护1有效，A0～A2是多个并接时的地址线。

尽管如果只保存测量结果需要的存储空间很小，但是本设计采取了保存全部原始数据的方式，这是因为粗糙度的评定标准和滤波器都有若干种，不同的标准和滤波器计算出的参数都不相同，每次调出原始数据后可以更改评定标准和滤波器进行重新计算，从而可以满足多种数据分析的需求。

而本设计的对比专利“手持式粗糙度仪”，只能在DSP内部的RAM中存储一组当前的数据，换电池后还会丢失。

所述OLED显示屏102连接有基于NCP1403升压芯片的OLED显示屏15V电源103。由于OLED显示屏需要15V的驱动电源，本设计中是由电池供电，如附图4所示，采用DC/DC升压芯片NCP1403为OLED屏提供+15V电源，输入为电池电压，经开关升压输出+15V。

本实施例仅为说明本技术方案的技术实质，并非限定实施和保护范围，凡基于本技术方案的技术实质做出的、未超出权利要求书表述的技术要点的改进或变型，均应落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电感式表面粗糙度测量仪控制装置，包括主控板、触键板、模拟板、接口板和位置传感板，其特征在于，其中：

所述主控板上设有ARM处理器，ARM处理器分别与OLED显示屏、蜂鸣器电路、实体键电路、电池电压采样电路、数字电路基准源模块、数字电路3.3V电源模块、USB接口电路、RS232接口电路和数据存储器单元电性连接；

所述触键板上设有触键电路，触键电路与ARM处理器通过板对板接插件电性连接；

所述模拟板上设有正弦波振荡器电路、传感器驱动电路、交流放大电路、相敏检波电路、有源滤波电路、直流放大电路、模拟基准源电路、电机驱动电路、模拟+3.3V电源电路和模拟-3.3V电源电路，模拟板与ARM处理器经线对板接插件电性连接，传感器驱动电路、交流放大电路上均设有连接待测电感传感器的接口；

所述接口板上设有充电电源切换电路、充电管理电路、开关键、充电指示灯、USB插座、充电插座和RF遥控电路，RF遥控电路用于接收RF遥控器的信号启动测量，接口板经线对板接插件与供电电池连接；

所述位置传感板上设有位置传感电路，位置传感电路与ARM处理器经线对板接插件电性连接；

所述模拟板、接口板通过薄膜电缆与主控板电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种电感式表面粗糙度测量仪控制装置，其特征在于：所述ARM处理器为基于ARM-Cortex-M3的STM32L152VBT6处理器。

3.根据权利要求1所述的一种电感式表面粗糙度测量仪控制装置，其特征在于：所述OLED显示屏为2.7英寸、基于128*64点阵的显示屏。

4.根据权利要求1所述的一种电感式表面粗糙度测量仪控制装置，其特征在于：所述位置传感电路为基于槽型光耦元件的传感电路。

5.根据权利要求1所述的一种电感式表面粗糙度测量仪控制装置，其特征在于：所述充电管理电路为基于TP4056充电管理芯片的智能充电控制电路，用以实现电源适配器、USB充电模式的自动切换。

6.根据权利要求1所述的一种电感式表面粗糙度测量仪控制装置，其特征在于：所述数据存储器单元为基于EEPROM存储器的64k数据存储器。

7.根据权利要求1所述的一种电感式表面粗糙度测量仪控制装置，其特征在于：所述OLED显示屏连接有基于NCP1403升压芯片的OLED显示屏15V电源。