CN210270879U - 一种基于usb总线的高频仪器扩展装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于USB总线的高频仪器扩展装置，其特征在于，包括电源模块、微控制器、接口转换模块、继电器驱动模块和继电器；所述继电器与继电器驱动模块电性连接；所述电源模块与继电器驱动模块电性连接，所述接口转换模块至少设置有四个GPIO接口，所述GPIO接口与继电器驱动模块的对应端位电性连接，所述微处理器通过USB接口与上位机进行通信，并将上位机传输的命令转换为IIC接口命令以输出至接口转换模块以控制继电器的通断来实现线路切换。本实用新型的基于USB总线的高频仪器扩展装置通过设置多个GPIO接口，实现多路并行输出；最后通过控制继电器来实现线路切换，从而实现通道的扩展，提升测试效率。

Description

一种基于USB总线的高频仪器扩展装置
技术领域
本实用新型涉及一种测试仪器技术领域，尤其涉及一种基于USB总线的高频仪器扩展装置。
背景技术
目前，在一套测试系统中，精密的测试仪器，例如信号发生器，矢量网络分析仪，示波器等高端设备往往拥有较少的通道和较贵的价格，但是在自动化测试中，需要一个批次尽可能多的检测被测单元，这就产生了一个冲突，如果增加测试仪器，必然会成倍的增加测试成本，如果减少测试仪器，那么单批测试量会大大减少，所以需要一种体积更小，更为经济的方式来解决这个冲突。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于USB总线的高频仪器扩展装置，其能解决通道扩展的技术问题。
本实用新型的目的采用如下技术方案实现：
一种基于USB总线的高频仪器扩展装置，包括电源模块、微控制器、接口转换模块、继电器驱动模块和继电器；所述继电器与继电器驱动模块电性连接；
所述电源模块与继电器驱动模块电性连接，所述接口转换模块至少设置有四个GPIO接口，所述GPIO接口与继电器驱动模块的对应端位电性连接，所述微处理器通过USB接口与上位机进行通信，并将上位机传输的命令转换为IIC接口命令以输出至接口转换模块以控制继电器的通断来实现线路切换。
进一步地，所述接口转换模块的型号为CAT9555；所述接口转换模块的数量为两个，每个接口转换模块提供8个GPIO接口，所述继电器驱动模块的数量为四个。
进一步地，还包括与继电器驱动模块电性连接的LED指示灯，所述LED指示灯用于指示继电器驱动模块的工作状态。
进一步地，还包括连接在USB接口和微控制器之间的接口隔离保护装置，所述接口隔离保护装置包括钽电容和自熔断保险丝。
进一步地，所述自熔断保险丝为型号是MSMD200-8V的保险丝。
进一步地，所述微处理器的具体型号为STM32F1，所述电源模块的具体型号为R-78B12-2.0，所述继电器驱动模块的具体型号为UDN2981A。
进一步地，所述扩展装置包括核心板和母板，所述微处理器和接口转换模块设置于核心板处，所述继电器驱动模块和电源模块设置于母板处，所述核心板与母板之间仅通过电气接口连接。
进一步地，所述继电器为同轴机械继电器。
进一步地，所述扩展装置还包括保护壳体，所述核心板和母板均设置于保护壳体中，所述保护壳体为铝合金保护壳体。
进一步地，所述铝合金保护壳体上设置有防滑套，且所述防滑套上设置有防碰撞保护装置。
相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型的基于USB总线的高频仪器扩展装置通过设置多个GPIO接口，实现多路并行输出；最后通过控制继电器来实现线路的切换，从而实现通道的扩展，提升测试效率。
附图说明
图1为本实施例的基于USB总线的高频仪器扩展装置的电路结构框图；
图2为本实施例的基于USB总线的高频仪器扩展装置的主视图。
附图标记：1、保护壳体。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1和图2所示，本实施例提供了一种基于USB总线的高频仪器扩展装置，包括电源模块、微控制器、接口转换模块、继电器驱动模块和继电器；所述继电器与继电器驱动模块电性连接；所述电源模块与继电器驱动模块电性连接，所述接口转换模块至少设置有四个GPIO接口，所述GPIO接口与继电器驱动模块的对应端位电性连接，所述微处理器通过USB接口与上位机进行通信，并将上位机传输的命令转换为IIC接口命令以输出至接口转换模块以控制继电器的通断来实现线路切换。所述高频仪器指的是信号发生器、矢量网络分析和示波器等高端设备。
优选地，在本实施例中，所述接口转换模块的型号为CAT9555；所述接口转换模块的数量为两个，每个接口转换模块提供8个GPIO接口，所述继电器驱动模块的数量为四个。还包括与继电器驱动模块电性连接的LED指示灯，所述LED指示灯用于指示继电器驱动模块的工作状态。
还包括连接在USB接口和微控制器之间的接口隔离保护装置，所述接口隔离保护装置包括钽电容和自熔断保险丝。所述自熔断保险丝的型号是MSMD200-8V。所述微处理器的具体型号为STM32F1，所述电源模块的具体型号为R-78B12-2.0，所述继电器驱动模块的具体型号为UDN2981A。
自主研发的集成电路板：研发的高密度集成电路板，上边囊括了电源模块、微控制器、继电器驱动模块等众多功能模块，实现了将USB接口的控制信号转化为继电器控制信号的功能，供电与控制线路完全隔离，有效的为产品以及控制设备提供了保护，该电路板具有极佳的防护性能和稳定性，适用于各种复杂工作环境。且产品的控制核心为STM32F1系列的低功耗MCU，搭载了MCU的核心板主要负责与上位机的通讯和控制GPIO的输出，母板采用集成电源稳压模块和源级继电器驱动，可以同时提供继电器吸合电流和LED指示灯驱动电流，并且达到了LED指示继电器吸合的作用。
所述扩展装置包括核心板和母板，所述微处理器和接口转换模块设置于核心板处，所述继电器驱动模块和电源模块设置于母板处，所述核心板与母板之间仅通过电气接口连接。所述继电器为同轴机械继电器。集成电路的母版主要提供设备供电，大电流驱动以及设备的保护措施和相应的接口，核心板通过电气接口与母板相连，提供控制逻辑，母板提供电器相关部分，这种子母分离的结构最大限度的起到了保护设备与便捷的维修和更换。
核心板，其主要采用芯片提供USB接口和IIC接口，用USB接口来接收上位机发来的消息，在芯片中实现相应的命令解析算法，将USB接口接收到的命令正确转换为IIC接口命令。两块CAT9555芯片挂在IIC总线上，每块CAT9555可以提供8个GBIO接口，可以将IIC的串口指令，转换为并行输出，实现通过USB接口控制每一个并行引脚，同时通过使用电容加电阻的保护措施，进一步预防引脚损坏，增加了电路板的稳定性。
母板，主要采用了R-78B12-2.0电源模块，稳定提供12V、2A的电源，同时采用型号为TBD32783A的继电器驱动模块来提供源级的继电器和LED同时驱动，将IO通道的需求减少到了常规的一半，并且创新性的在USB电源接口上采用钽电容和自熔断保险丝，防止端口电压电流超额而损坏设备或是控制器。同时在母板上做到了控制电路和驱动电路电源的隔离，进一步增加安全性。
继电器：我们采用了同轴机械继电器，兼顾了安全性和高带宽，电气性能良好。母板通过线缆连接继电器和其他附件，开关控制整个系统的供电系统，LED可以实时显示继电器的切换状态(灯亮表示对应通道接通)，散热模块通过内部风道的优化，实现内部整体的散热功能，避免热量积聚。
快速更换继电器功能：本产品的另一特色在于机械结构的继电器和电气部分的控制电路相对独立，母板只通过可以快速拔插的接插件与被控部位连接，用户可以通过只更换继电器来实现产品的快速迭代，利用驱动层对的控制进行了一层封装，在升级换代关键器件的同时不影响上位机对于产品的控制方式，节省更换设备带来的物料成本和更换控制程序带来的时间成本。
所述扩展装置还包括保护壳体1，所述核心板和母板均设置于保护壳体1中，所述保护壳体1为铝合金保护壳体。所述铝合金保护壳体上设置有防滑套，且所述防滑套上设置有防碰撞保护装置。硬件方面，本产品是一个紧凑的设备，由外壳、自主研发的集成电路板和继电器组成。外壳：整个外壳采用铝合金压制而成，表面采用了原色阳极氧化喷砂的处理方法，在兼顾了抗震，防压，屏蔽性好等工程特性的同时，也具备良好的手感和观赏性。前后套有防滑套，防滑套上带有防撞保护装置，避免了产品因为碰撞倒是损坏，同时具备了良好的抗震效果。外壳上配备丰富的指示灯，可以让用户清晰的了解设备的运行状态。
上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于USB总线的高频仪器扩展装置，其特征在于，包括电源模块、微处理器、接口转换模块、继电器驱动模块和继电器；所述继电器与继电器驱动模块电性连接；
所述电源模块与继电器驱动模块电性连接，所述接口转换模块至少设置有四个GPIO接口，所述GPIO接口与继电器驱动模块的对应端位电性连接，所述微处理器通过USB接口与上位机进行通信，并将上位机传输的命令转换为IIC接口命令以输出至接口转换模块以控制继电器的通断来实现线路切换。
2.如权利要求1所述的一种基于USB总线的高频仪器扩展装置，其特征在于，所述接口转换模块的型号为CAT9555；所述接口转换模块的数量为两个，每个接口转换模块提供8个GPIO接口，所述继电器驱动模块的数量为四个。
3.如权利要求1所述的一种基于USB总线的高频仪器扩展装置，其特征在于，还包括与继电器驱动模块电性连接的LED指示灯，所述LED指示灯用于指示继电器驱动模块的工作状态。
4.如权利要求1所述的一种基于USB总线的高频仪器扩展装置，其特征在于，还包括连接在USB接口和微处理器之间的接口隔离保护装置，所述接口隔离保护装置包括钽电容和自熔断保险丝。
5.如权利要求4所述的一种基于USB总线的高频仪器扩展装置，其特征在于，所述自熔断保险丝的型号是MSMD200-8V。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的一种基于USB总线的高频仪器扩展装置，其特征在于，所述微处理器的具体型号为STM32F1，所述电源模块的具体型号为R-78B12-2.0，所述继电器驱动模块的具体型号为UDN2981A。
7.如权利要求1-5中任意一项所述的一种基于USB总线的高频仪器扩展装置，其特征在于，所述扩展装置包括核心板和母板，所述微处理器和接口转换模块设置于核心板处，所述继电器驱动模块和电源模块设置于母板处，所述核心板与母板之间仅通过电气接口连接。
8.如权利要求7所述的一种基于USB总线的高频仪器扩展装置，其特征在于，所述继电器为同轴机械继电器。
9.如权利要求7所述的一种基于USB总线的高频仪器扩展装置，其特征在于，所述扩展装置还包括保护壳体，所述核心板和母板均设置于保护壳体中，所述保护壳体为铝合金保护壳体。
10.如权利要求9所述的一种基于USB总线的高频仪器扩展装置，其特征在于，所述铝合金保护壳体上设置有防滑套，且所述防滑套上设置有防碰撞保护装置。
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