CN205644192U - 一种基于单片机的太空便携微型拉力测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种基于单片机的太空便携微型拉力测量仪，适用于空间环境下对航天员运动时身体6个部位拉力的测量，其基于高性能SOC单片机实现，可充电电池供电，SD卡存储数据，设备结构简单、功耗低、体积小、质量轻，便于携带。其包括壳体，以及设置在壳体内的控制板卡；所述的控制板卡包括处理器，分别与处理器交互的SD卡和A/D转换器，以及用于接收多个拉力传感器信号的运算放大器；运算放大器的输出端连接A/D转换器的输入端；处理器、SD卡、A/D转换器、运算放大器和拉力传感器均由充电电池供电；处理器采用SOC单片机CF8051F040。

Description

一种基于单片机的太空便携微型拉力测量仪

技术领域

本实用新型涉及空间环境下的拉力测试，具体为一种基于单片机的太空便携微型拉力测量仪。

背景技术

在国家大力支持下，我国载人航天项目取得骄人的成绩，“神舟一号”到“神舟十号”系列太空飞船、天宫一号、嫦娥等航天器任务相继发射成功，为我国载人航天发展取得了宝贵的经验财富，天宫二号及国产空间站已在研制中。

天宫和空间站为人造的太空航天员工作生活的航天器，其与地球上人们工作生活的环境差异仍然较大，如失重、辐照等，这些特点对航天员的体质有一定的影响。需要对航天员运动时身体的运动拉力数据进行测量和存储，现有的地面环境的拉力测量仪无法直接使用，并且还受到体积、重量和功耗等影响，急需一种能够在太空应用，且装在航天员身上的拉力测量仪。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于单片机的太空便携微型拉力测量仪，适用于空间环境下对航天员运动时身体6个部位拉力的测量，其基于高性能SOC单片机实现，可充电电池供电，SD卡存储数据，设备结构简单、功耗低、体积小、质量轻，便于携带。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种基于单片机的太空便携微型拉力测量仪，包括壳体，以及设置在壳体内的控制板卡；

所述的控制板卡包括处理器，分别与处理器交互的SD卡和A/D转换器，以及用于接收多个拉力传感器信号的运算放大器；运算放大器的输出端连接A/D转换器的输入端；处理器、SD卡、A/D转换器、运算放大器和拉力传感器均由充电电池供电；处理器采用SOC单片机CF8051F040。

优选的，充电电池依次经电源开关和DC/DC转换器为处理器、SD卡、A/D转换器、运算放大器和拉力传感器供电；电源开关设置在壳体上。

进一步，充电电池依次经电源开关和第一DC/DC转换器为处理器、SD卡和A/D转换器提供数字接口使用的+3.3V直流电。

进一步，充电电池依次经电源开关和第二DC/DC转换器为A/D转换器提供+5V模拟直流电。

进一步，充电电池依次经电源开关和第三DC/DC转换器为运算放大器提供±5V模拟电源，为拉力传感器提供+5V模拟电源。

优选的，处理器输出端设置有指示灯，处理器输入端设置有采集停止开关，指示灯和采集停止开关均设置在壳体上。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型一种基于单片机的太空便携微型拉力测量仪，其基于高性能SOC单片机CF8051F040设计实现，由充电电池供电，SD卡存储数据，实现了对航天员运动时身体6个部位拉力传感器的供电，以及对来自6路传感器的毫伏级信号的并行信号调理、采集和实时存储；采用高性能SOC单片机，由于其单芯片集成了程序存储器、数据存储器、复位电路、晶振电路、UART、SPI、CAN控制器、AD、DA及定时器等外围设备单元功能，功能强大，所需外围元器件较少；选用微型大容量SD卡存储拉力数据；体积小，重量轻，功耗低，拉力测量仪器件数量较少，且元器件为工业级，整个设备成本较低，便于携带。

附图说明

图1为本实用新型实例中所述拉力测量仪的结构外形示意图。

图2为本实用新型实例中所述拉力测量仪控制板卡的结构示意框图。

图中：1、充电电池，2、电源开关，3、第一DC/DC转换器，4、第二DC/DC转换器，5、第三DC/DC转换器，6、SD卡，7、指示灯，8、处理器，9、A/D转换器，10、运算放大器，11壳体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

本实用新型一种基于单片机的太空便携微型拉力测量仪，如图1所示，其包括壳体11，以及设置在壳体11内的控制板卡；如图2所示，控制板卡包括处理器8，分别与处理器8交互的SD卡6和A/D转换器9，以及用于接收多个拉力传感器信号的运算放大器10；运算放大器10的输出端连接A/D转换器9的输入端；处理器8、SD卡6、A/D转换器9、运算放大器10和拉力传感器均由充电电池1供电；处理器8采用SOC单片机CF8051F040。处理器8的输出端设置有指示灯7，指示灯7设置在壳体11上。

其中，充电电池1依次经电源开关2和DC/DC转换器为处理器8、SD卡6、A/D转换器9、运算放大器10和拉力传感器供电；电源开关2设置在壳体11上。本优选实例中，充电电池1依次经电源开关2分为三路，一路经第一DC/DC转换器3为处理器8、SD卡6和A/D转换器9提供数字接口使用的+3.3V直流电。另一路经第二DC/DC转换器4为A/D转换器9提供+5V模拟直流电。第三路经第三DC/DC转换器5为运算放大器10提供±5V模拟电源，为拉力传感器提供+5V模拟电源。

具体的，本实用新型中，能够采用3节AA#可充电电池供电，通过电源开关2后分成3部分，第一部分经第一DC/DC电路3变换为处理器、SD卡6和A/D转换器9数字接口使用的+3.3V直流电，第二部分经第二DC/DC电路4变换为A/D转换器9使用的+5V模拟直流电，第三部分经第三DC/DC电路5变换为运算放大器10使用的±5V模拟电源；采用两个开关，一个为电源开关，一个为参数采集停止开关；指示灯分别为：绿色指示灯，当开关闭合加电后，处理器先自检，正常后，绿色指示灯恒亮，当参数采集停止开关长按时，绿色指示灯闪亮可关电，当电量不足或自检有故障时指示灯按故障模式闪亮；本优选实例中来自6个拉力传感器的毫伏模拟小信号通过运算放大器调理为约0V～4V模拟信号；由A/D转换器9采集来自6路调理后的模拟信号和测量仪本身的2路状态信号，采集后数据由处理器读出，然后写入SD卡中；最终使得拉力测量仪功耗小于1.5W；拉力测量仪质量小于300g；拉力测量仪体积120X80X30。

本实用新型使用时，将6个拉力传感器与本实用新型连接好，打开电源开关2，工作状态正常后开始采集记录，试验验证结束后，关闭电源，航天员返回地面时带回SD卡7，进行数据分析。其能够测量和存储航天员运动时身体6个部位运动拉力数据的便携微型测量设备，测量数据存储在SD卡中，SD卡送回地面后，对测量的拉力数据进行医学分析和总结，对后期航天员太空工作生活提供参考建议。由于其能够装在航天员身上，由充电电池供电，SD卡存储数据，采集存储6路拉力传感器变换的模拟信号，其特点是体积小、重量轻、功耗低，基于高性能SOC单片机设计实现，成本低廉，工作可靠。

Claims (6)

1.一种基于单片机的太空便携微型拉力测量仪，其特征在于，包括壳体(11)，以及设置在壳体(11)内的控制板卡；

所述的控制板卡包括处理器(8)，分别与处理器(8)交互的SD卡(6)和A/D转换器(9)，以及用于接收多个拉力传感器信号的运算放大器(10)；运算放大器(10)的输出端连接A/D转换器(9)的输入端；处理器(8)、SD卡(6)、A/D转换器(9)、运算放大器(10)和拉力传感器均由充电电池(1)供电；处理器(8)采用SOC单片机CF8051F040。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的太空便携微型拉力测量仪，其特征在于，充电电池(1)依次经电源开关(2)和DC/DC转换器为处理器(8)、SD卡(6)、A/D转换器(9)、运算放大器(10)和拉力传感器供电；电源开关(2)设置在壳体(11)上。

3.根据权利要求2所述的一种基于单片机的太空便携微型拉力测量仪，其特征在于，充电电池(1)依次经电源开关(2)和第一DC/DC转换器(3)为处理器(8)、SD卡(6)和A/D转换器(9)提供数字接口使用的+3.3V直流电。

4.根据权利要求2所述的一种基于单片机的太空便携微型拉力测量仪，其特征在于，充电电池(1)依次经电源开关(2)和第二DC/DC转换器(4)为A/D转换器(9)提供+5V模拟直流电。

5.根据权利要求2所述的一种基于单片机的太空便携微型拉力测量仪，其特征在于，充电电池(1)依次经电源开关(2)和第三DC/DC转换器(5)为运算放大器(10)提供±5V模拟电源，为拉力传感器提供+5V模拟电源。

6.根据权利要求1所述的一种基于单片机的太空便携微型拉力测量仪，其特征在于，处理器(8)输出端设置有指示灯(7)，处理器(8)输入端设置有采集停止开关，指示灯(7)和采集停止开关均设置在壳体(11)上。