CN208921579U - 一种高精度qcm测试一体机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高精度QCM测试一体机。包括开关电源模块、最小系统、主控器、温度传感器模块、FPGA模块、存储模块、语音模块、PC接口模块、触摸屏模块。开关电源模块将输入的12V转成目标电压提供给主板使用；最小系统提供时钟信号给主控器工作，提供复位按键，主控器采用Coretex‑M3系列作为主芯；温度传感器分为板载温度传感器和外置温度传感器2个，FPGA模块采用ALINX系列，存储模块包含掉电存储和FLASH存储两部分，语音模块采用串口语音模块设计，触摸屏选用7寸液晶电阻屏，接口电路主要是给触摸屏提供电源和串口通信口。本实用新型克服了现有技术的设备多、成本昂贵、体积大、搬运困难的缺点，并且引入新电子技术，提升了设备的智能程度、测试精度、操作体验。

Description

一种高精度QCM测试一体机

技术领域

本实用新型涉及传感器频率信号测试设备技术领域，具体的说是一种高精度QCM测试一体机。

背景技术

与用传统荧光法或者伏安电极法感测重金属离子浓度相比，基于石英晶体微天平(QCM)的测试方法具备传统方法不可比拟的优势，例如，测试质量最小达到纳克级别、体积小、便携式、成本低、直接输出电信号、可以重复使用。因此QCM被视为新一代重金属传感器的突破点，在高精度医学仪器上已经开始使用。具有选择性的膜对QCM传感器的成型具有重要作用，纳米技术的发展带来的制膜技术的革新，也为QCM在气相和液相上使用带来了可能。因此，制备有效的金属离子吸附膜和研究QCM重金属离子传感器，成为近年来的研究热点。传统QCM测试仪器由目标待测物、QCM传感器、薄膜振荡仪、多路射频切换开关、频率计、上位机软件组成，设计设备多，体积大，一般只能在实验室做分析实验使用；另外由于涉及设备多，成本昂贵，搬运困难；还有QCM输出的是射频信号，信号到测试设备之间的射频线长度差异都会误差，涉及设备越多，误差越大。随着科技的发展，人机交互界面的改善和嵌入式电子技术的发展，人们对设备提出越来越高的要求，原来的老一套科研设备无论是性能还是操作满足不了要求。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型要解决的技术问题是提供一种高精度QCM测试一体机，克服现有QCM科研测试设备的设备多、成本昂贵、体积大、搬运困难的缺点。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种高精度QCM测试一体机，包括开关电源模块、最小系统、主控器、温度传感器、FPGA采集模块、QCM传感器、存储模块、语音模块、PC接口模块和触摸屏模块；所述主控器连接用于提供工作电源的开关电源模块，所述主控器的I/O接口连接用于提供时钟信号的最小系统、用于测量温度信息的温度传感器、用于采集所述QCM传感器输出信号的FPGA采集模块。

所述开关电源模块包括用于将输入的12V电源转换成5V电压的DC/DC转换模块和用于将5V电源转换成3.3V电源和1.5V电源的线性稳压器；所述DC/DC转换模块的输入端连接外部输入的12V电源，输出端连接所述线性稳压器的输入端，所述线性稳压器的输出端连接所述主控器。

所述主控器采用Coretex-M3系列芯片。

所述温度传感器包括用于测量环境温度的板载温度传感器和用于检测待测物温度的外置温度传感器。

所述外置温度传感器采用条状温度传感器。

所述FPGA采集模块采用ALINX系列芯片。

所述存储模块包括用于存储所述主控器设置参数的掉电存储和FLASH存储。

所述FLASH存储包括用于图像、字库存储的第一FLASH存储和用于存储FPGA采集模块的工作程序的第二FLASH存储。

所述触摸屏模块包括触摸屏接口电路和触摸屏。

本实用新型具有以下优点及有益效果：

1、本实用新型克服了现有QCM科研测试设备的设备多、成本昂贵、体积大、搬运困难的缺点，实现了QCM传感器测试一体化。

2、本实用新型引入触摸屏技术、语音交互技术、温湿度数字传感器技术、FPGA测频技术，提升了设备的智能程度、测试精度、操作体验。

附图说明

图1是本实用新型实施例所述的一种高精度QCM测试一体机的系统框图；

图2是本实用新型实施例所述的一种高精度QCM测试一体机的开关电源的电路原理图；

图3是本实用新型实施例所述的一种高精度QCM测试一体机的最小系统的电路原理图；

图4是本实用新型实施例所述的一种高精度QCM测试一体机的存储模块的电路原理图；

图5是本实用新型实施例所述的一种高精度QCM测试一体机的语音模块的电路原理图；

图6是本实用新型实施例所述的一种高精度QCM测试一体机的PC接口的电路原理图；

图7是本实用新型实施例所述的一种高精度QCM测试一体机的触摸屏模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本发明实施例所述的一种高精度QCM测试一体机，包括开关电源模块、最小系统、主控器、温度传感器、FPGA采集模块、QCM传感器、存储模块、语音模块、PC接口模块、触摸屏模块。开关电源模块将输入的12V转成5V，输出的5V电源又通过线性稳压器转变成3.3V和1.5V提供给主板使用；最小系统提供时钟信号给主控器工作，提供复位按键；主控器采用主控器为Coretex-M3嵌入式芯片，内带5路串口，512KB存储，主频运行时钟最快72MHz；温度传感器分为板载温度传感器和外置温度传感器2个，板载温度传感器焊接在板子表面(选择贴片封装的数值温度传感器)，用于测试环境温度；外置温度传感器采用条状温度传感器，探头直接放置到待测物(气体或者液体)中，检测待测物温度；

FPGA采集模块电路选择ALINX系列，ARM工作主频高达766MHz，板载8通道QCM测试端口，同步测试8个通道频率数据；测试后的数据整理后通过串口发给主控器，实现高精度采集频率数据；QCM传感器的频率信号输入FPGA采集模块之前需要做整形处理，达到标准TTL电平模式，FPGA采集模块所采集处理的数据通过串口发送给主控器；存储模块包含掉电存储和FLASH存储两部分，掉电存储给主控器使用，用于存储设置参数；FLASH存储分两个，一个是本身主控器FLASH存储，用于图像、字库存储，方便主控器快速读取；另一个是给FPGA使用的，用于存储FPGA的工作程序；语音模块采用集成串口语音模块，可以反复擦写语音，支持外扩SFI FLASH存储，支持播放采样频率的语音文件和WAV音频格式文件，支持255段语音内容。与主控器通过串口相连，主控器通过发送特定格式命令，指定播放其中的音乐片段；PC接口模块采用转串口模块设计，接上电脑串口驱动，将串口信号发送至PC上；触摸屏模块由接口电路和触摸屏两个组成，触摸屏选用7寸液晶电阻屏，触摸屏内部自带控件存储地址，主控器通过串口按照约定的命令进行控件地址读写，从而在触摸屏上显示下需要的数据和画面；接口电路主要是给触摸屏提供电源和串口通信口。通过以上连接方式，实现QCM传感器数据直接输入到FPGA模块，然后FPGA将数据获取并处理后通过数据通过串口发送给主控器，主控器再将数据发送PC机和显示在液晶屏上。一体化设备，良好的人机交互界面和语音通报，全面提升设备的精度、智能程度和便携性。

如图2所示，本实用新型实施例所述的一种高精度QCM测试一体机的开关电源的电路原理图，其中U5是开关电源芯片，R11、R12是调压电阻，R7、R9是负反馈电阻，L1是续流调压电感，R8是调试电阻。R13是限流电阻，LD2是5V电源指示灯。

如图3所示，本实用新型实施例所述的一种高精度QCM测试一体机的最小系统的电路原理图，其中U28是贴片温度传感器，R47是上拉电阻。

如图4所示，本实用新型实施例所述的一种高精度QCM测试一体机的存储模块的电路原理图，其中U16和U16-1是互斥器件，在板子上选择其中一个焊接；U16是50M高温稳TC晶振，U16-1是10M高温稳OC晶，R41是限流电阻。

如图5所示，本实用新型实施例所述的一种高精度QCM测试一体机的语音模块的电路原理图，其中U12是掉电存储芯片，R35、R36是上拉电阻，掉电存储芯片与主控器之间通过IIC总线连接通信。

如图6所示，本实用新型实施例所述的一种高精度QCM测试一体机的PC接口的电路原理图，其中CB1是隔直电容，R20是限流电阻，Q7是放大三极管，D5是续流放电二极管。

如图7所示，本实用新型实施例所述的一种高精度QCM测试一体机的触摸屏模块的电路图，其中U7是转串口芯片，R22、R23、R24、R41是限流电阻，U8是USB口，Y3是晶振，C27、C28是起振电容，C26是退耦复位电容。U13是接口，R22-2、R22-3是互斥电阻，根据实际触摸屏工作电压选择焊接，电阻值为0欧姆。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高精度QCM测试一体机，其特征在于，包括开关电源模块、最小系统、主控器、温度传感器、FPGA采集模块、QCM传感器、存储模块、语音模块、PC接口模块和触摸屏模块；所述主控器连接用于提供工作电源的开关电源模块，所述主控器的I/O接口连接用于提供时钟信号的最小系统、用于测量温度信息的温度传感器、用于采集所述QCM传感器输出信号的FPGA采集模块。

2.根据权利要求1所述的一种高精度QCM测试一体机，其特征在于，所述开关电源模块包括用于将输入的12V电源转换成5V电压的DC/DC转换模块和用于将5V电源转换成3.3V电源和1.5V电源的线性稳压器；所述DC/DC转换模块的输入端连接外部输入的12V电源，输出端连接所述线性稳压器的输入端，所述线性稳压器的输出端连接所述主控器。

3.根据权利要求1所述的一种高精度QCM测试一体机，其特征在于，所述主控器采用Coretex-M3系列芯片。

4.根据权利要求1所述的一种高精度QCM测试一体机，其特征在于，所述温度传感器包括用于测量环境温度的板载温度传感器和用于检测待测物温度的外置温度传感器。

5.根据权利要求4所述的一种高精度QCM测试一体机，其特征在于，所述外置温度传感器采用条状温度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种高精度QCM测试一体机，其特征在于，所述FPGA采集模块采用ALINX系列芯片。

7.根据权利要求1所述的一种高精度QCM测试一体机，其特征在于，所述存储模块包括用于存储所述主控器设置参数的掉电存储和FLASH存储。

8.根据权利要求7所述的一种高精度QCM测试一体机，其特征在于，所述FLASH存储包括用于图像、字库存储的第一FLASH存储和用于存储FPGA采集模块的工作程序的第二FLASH存储。

9.根据权利要求1所述的一种高精度QCM测试一体机，其特征在于，所述触摸屏模块包括触摸屏接口电路和触摸屏。