CN209247223U - 基于ads1255的高精度扭矩采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于ADS1255的高精度扭矩采集系统，包括供电部分、电压基准部分以及依次连接的用于采集扳手扭矩精度信号的传感器部分、用于将传感器部分采集的信号进行放大的运放部分、用于将放大后的信号进行模数转换的A/D采集部分、用于将模数转换后的信号进行读取的控制CPU、用于将读取后的信号进行存储记录的EEPROM，控制CPU还分别连接有用于将读取信号向主机发送的通信接口、用于将读取的信号于目标值进行比较的光耦隔离部分。本实用新型采样精度和稳定性由INA128和ADS1255保证，满足采样精度和稳定性要求，同时芯片价格低，易于实际使用。

Description

基于ADS1255的高精度扭矩采集系统

技术领域

本实用新型属于扭矩采集检测技术领域，涉及一种基于ADS1255的高精度扭矩采集系统。

背景技术

扭矩采集是对手持式电动拧紧扳手控制系统中必不可少的一部分，手持式电动拧紧扳手一般都为采集反馈的半闭环控制。因此采集系统的好坏往往决定着一个控制系统的精度等级，高精度的采集系统可以提供高精度的反馈，可以提高手持式电动拧紧扳手的精度等级。在国内市场上，手持式电动拧紧扳手稳定性不好，采集精度等级低。

实用新型内容

为了达到上述目的，本实用新型提供一种基于ADS1255的高精度扭矩采集系统，解决了现有扭矩采集系统精度低、稳定性不高的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，基于ADS1255的高精度扭矩采集系统，包括供电部分、电压基准部分以及依次连接的用于采集扳手扭矩精度信号的传感器部分、用于将传感器部分采集的信号进行放大的运放部分、用于将放大后的信号进行模数转换的A/D采集部分、用于将模数转换后的信号进行读取的控制CPU、用于将读取后的信号进行存储记录的EEPROM，控制CPU还分别连接有用于将读取信号向主机发送的通信接口、用于将读取的信号于目标值进行比较的光耦隔离部分，控制CPU通过I/O接口与光耦隔离部分连接，控制CPU通过USART串口与通信接口连接，控制CPU通过IIC接口与EEPROM连接，控制CPU通过SPI接口与A/D采集部分连接。

本实用新型的特征还在于，

进一步地，供电部分包括±5V电源、5V电源、3.3V电源，传感器部分由稳压后的±5V电源供电，运放部分由5V电源供电，5V电源为电压基准部分供电，A/D采集部分由3.3V电源为其提供数字供电，A/D采集部分由5V电源为其提供模拟供电，A/D采集部分由电压基准部分为其提供2.5V基准电压，控制CPU、通信接口和光耦隔离部分由3.3V电源为其供电。

进一步地，控制CPU采用STM32F103C8T6单片机，运放部分采用INA128仪表运算放大器，A/D采集部分采用ADS1255模数转换器，电压基准部分采用ADR431芯片，EEPROM采用24LC02芯片，光耦隔离部分采用TLP291-1光耦隔离。

运放部分包括INA128U、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻14；电容C1一端接模拟地AGND另一端接传感器部分5的SENSOR-端并与INA128U的2引脚连接；电容C2一端接模拟地AGND另一端接传感器部分5的SENSOR+端并与INA128U的3引脚连接；INA128U的1引脚和8引脚提供电阻R1连接；INA128U的4引脚接模拟地AGND；INA128U的7引脚接电容C3，电容C3一端接模拟地AGND另一端接5V的VCC电压；INA128U的5引脚与电阻R14一端连接，电阻R14另一端接模拟地；INA128U的6引脚通过电阻R3与A/D采集部分7的引脚6AIN0连接，电阻R3与电阻R14之间并联由电阻R2和电容C4，电阻R3一端通过电容C5接模拟地。

本实用新型的有益效果是，采样精度和稳定性由INA128和ADS1255保证，满足采样精度和稳定性要求，同时芯片价格低，易于实际使用；运放芯片INA128功耗低稳定性好；ADS1255为24位转换芯片，内部增益、滤波参数、转换速率可以通过SPI进行配置。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型基于ADS1255的高精度扭矩采集系统的原理图；

图2是本实用新型基于ADS1255的高精度扭矩采集系统的运放部分电路图；

图3是本实用新型基于ADS1255的高精度扭矩采集系统的SPI接口电路图；

图4是本实用新型基于ADS1255的高精度扭矩采集系统的A/D采集部分电路图；

图5是本实用新型基于ADS1255的高精度扭矩采集系统的EEPROM电路图；

图6是本实用新型基于ADS1255的高精度扭矩采集系统的通信接口电路图；

图7是本实用新型基于ADS1255的高精度扭矩采集系统的控制CPU电路图；

图8是本实用新型基于ADS1255的高精度扭矩采集系统的供电部分电路图；

图9是本实用新型基于ADS1255的高精度扭矩采集系统的电压基准部分电路图；

图10是本实用新型基于ADS1255的高精度扭矩采集系统的传感器部分电路图。

图中，1.±5V电源，2.5V电源，3.3.3V电源，4.控制CPU，5.传感器部分，6.运放部分，7.A/D采集部分，8.电压基准部分，9.EEPROM，10.通信接口，11.光耦隔离部分。

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。基于本实数据处理电路用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型基于ADS1255的高精度扭矩采集系统，如图1所示，包括供电部分、电压基准部分8以及依次连接的用于采集扳手扭矩精度信号的传感器部分5、用于将传感器部分5采集的信号进行放大的运放部分6、用于将放大后的信号进行模数转换的A/D采集部分7、用于将模数转换后的信号进行读取的控制CPU4、用于将读取后的信号进行存储记录的EEPROM 9，控制CPU4还分别连接有用于将读取信号向主机发送的通信接口10、用于将读取的信号于目标值进行比较的光耦隔离部分11，控制CPU4通过I/O接口与光耦隔离部分11连接，所述控制CPU4通过USART2串口与通信接口10连接，控制CPU4通过IIC接口与EEPROM9连接，控制CPU4通过SPI接口与A/D采集部分7连接。

供电部分包括±5V电源1、5V电源2、3.3V电源3，传感器部分5由稳压后的±5V电源1供电，运放部分6由5V电源2供电，5V电源2为电压基准部分8供电，A/D采集部分7由3.3V电源3为其提供数字供电，A/D采集部分7由5V电源2为其提供模拟供电，A/D采集部分7由电压基准部分8为其提供2.5V基准电压，控制CPU4、通信接口10和光耦隔离部分11由3.3V电源3为其供电。

控制CPU4采用STM32F103C8T6单片机，运放部分6采用INA128仪表运算放大器，A/D采集部分7采用ADS1255模数转换器，电压基准部分8采用ADR431芯片，EEPROM9采用24LC02芯片，光耦隔离部分11采用TLP291-1光耦隔离。

本实用新型基于ADS1255的高精度扭矩采集系统，如图10所示的传感器部分5输入信号通过运放部分6进行放大后，通过ADS1255进行A/D转换。控制CPU4如图7所示，通过SPI接口读取ADS1255转换后的AD点数，通过标定将相应的数据存储到EEPROM9中，通过标定的对应关系，将AD点数换算为扭矩值。同时，控制CPU4需要将传感器部分5的实时采集扭矩值通过采用RS485通信协议的通信接口10发送到主机。ADS1255的最大采样速率为30KSPS，24位，ADS1255与控制CPU4通过SPI接口连接，控制CPU4通过如图3所示的SPI接口读取ADS1255转化后的AD点数。通过对传感器部分5进行标定，可以计算出采样AD点数对应的扭矩值大小。控制CPU4通过IIC接口与EEPROM9连接，EEPROM9用来存储相应的标定数据与用户设置参数。控制CPU4与RS485芯片通过USART2相连，用来和主机的RS485通信。光耦隔离部分11与控制CPU4提供I/O口进行连接，用来实现将采集值与目标值比较后，向主机送相应的指示状态信息。主机为外界用于对扳手扭矩采集状态进行显示。

本实用新型基于ADS1255的高精度扭矩采集系统，如图1所示，传感器部分5供电为±5V，采用供电部分中精度为稳压后的±5V电源1给传感器部分5供电。运放部分的供电为5V电源2供电，放大倍数为200多倍。ADS1255的模拟供电为5V电源2，数字供电为3.3V电源3，基准电压由电压基准部分8提供。电压基准部分8如图9所示由5V电源2供电，电压基准部分8提供的基准电压为2.5V。供电部分如图8所示采用LTC3631和TPS715芯片，EEPROM9如图5所示采用24LC02芯片进行少量的数据存储方便记录相应的参数，通信接口10如图6所示采用MAX3483芯片做RS485通信，数字I/O接口采用TLP291-1光耦隔离。

如图2所示，运放部分6，包括INA128U、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻14，电容C1一端接模拟地AGND另一端接传感器部分5的SENSOR-端并与INA128U的2引脚连接；电容C2一端接模拟地AGND另一端接传感器部分5的SENSOR+端并与INA128U的3引脚连接；INA128U的1引脚和8引脚提供电阻R1连接；INA128U的4引脚接模拟地AGND；INA128U的7引脚接电容C3，电容C3一端接模拟地AGND另一端接5V的VCC电压；INA128U的5引脚与电阻R14一端连接，电阻R14另一端接模拟地；INA128U的6引脚通过电阻R3与A/D采集部分7的引脚6AIN0连接，电阻R3与电阻R14之间并联由电阻R2和电容C4，电阻R3一端通过电容C5接模拟地。

如图4所述，A/D采集部分7包括ADS1255模数转换器、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、振荡器SiT8920B，电阻R6一端接模拟地一端，电阻R7一端接REF+参考电压，电阻R6另一端和电阻R7另一端之间并联有电容C9、电容C10、电容C11并分别与ADS1255的引脚3和引脚4连接；ADS1255的引脚1接5V的VCC电压，ADS1255的引脚2接模拟地，ADS1255的引脚2和引脚1之间连接有电容C8；电阻R8一端接模拟地另一端与ADS1255的引脚5连接；电容C12一端接地另一端与ADS1255的引脚8连接，ADS1255的引脚10接3.3V的VCC电压；电阻R5一端接3.3V的VCC电压，电阻R5另一端与电容C13一端连接，电容C13的另一端接地，电阻R5的另一端与ADS1255的引脚9连接；ADS1255的的引脚11接地，ADS1255的的引脚13与振荡器SiT8920B的引脚3连接，振荡器SiT8920B的引脚3接3.3V的VCC电压，电容C13一端接地另一端与振荡器SiT8920B的引脚4连接；振荡器SiT8920B的引脚2接地。

本实用新型使得手持式电动拧紧扳手的精度等级提高，同时降低了成本，提高了扭矩采集的稳定性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.基于ADS1255的高精度扭矩采集系统，其特征在于，包括供电部分、电压基准部分(8)以及依次连接的用于采集扳手扭矩精度信号的传感器部分(5)、用于将传感器部分(5)采集的信号进行放大的运放部分(6)、用于将放大后的信号进行模数转换的A/D采集部分(7)、用于将模数转换后的信号进行读取的控制CPU(4)、用于将读取后的信号进行存储记录的EEPROM(9)，所述控制CPU(4)还分别连接有用于将读取信号向主机发送的通信接口(10)、用于将读取的信号于目标值进行比较的光耦隔离部分(11)，所述控制CPU(4)通过I/O接口与光耦隔离部分(11)连接，所述控制CPU(4)通过USART2串口与通信接口(10)连接，所述控制CPU(4)通过IIC接口与EEPROM(9)连接，所述控制CPU(4)通过SPI接口与A/D采集部分(7)连接。

2.根据权利要求1所述的基于ADS1255的高精度扭矩采集系统，其特征在于，所述供电部分包括±5V电源(1)、5V电源(2)、3.3V电源(3)，所述传感器部分(5)由稳压后的±5V电源(1)供电，所述运放部分(6)由5V电源(2)供电，所述5V电源(2)供电为电压基准部分(8)供电，所述A/D采集部分(7)由3.3V电源(3)为其提供数字供电，所述A/D采集部分(7)由5V电源(2)为其提供模拟供电，所述A/D采集部分(7)由电压基准部分(8)为其提供2.5V基准电压，所述控制CPU(4)、通信接口(10)和光耦隔离部分(11)由3.3V电源(3)为其供电。

3.根据权利要求1所述的基于ADS1255的高精度扭矩采集系统，其特征在于，所述控制CPU(4)采用STM32F103C8T6单片机，所述运放部分(6)采用INA128仪表运算放大器，所述A/D采集部分(7)采用ADS1255模数转换器，所述电压基准部分(8)采用ADR431芯片，所述EEPROM(9)采用24LC02芯片，所述光耦隔离部分(11)采用TLP291-1光耦隔离。

4.根据权利要求3所述的基于ADS1255的高精度扭矩采集系统，其特征在于，所述运放部分(6)包括INA128U、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻14；电容C1一端接模拟地AGND另一端接传感器部分(5)的SENSOR-端并与INA128U的2引脚连接；电容C2一端接模拟地AGND另一端接传感器部分(5)的SENSOR+端并与INA128U的3引脚连接；INA128U的1引脚和8引脚提供电阻R1连接；INA128U的4引脚接模拟地AGND；INA128U的7引脚接电容C3，电容C3一端接模拟地AGND另一端接5V的VCC电压；INA128U的5引脚与电阻R14一端连接，电阻R14另一端接模拟地；INA128U的6引脚通过电阻R3与A/D采集部分(7)的引脚6AIN0连接，电阻R3与电阻R14之间并联由电阻R2和电容C4，电阻R3一端通过电容C5接模拟地。