CN210720558U - 一种低成本便携电压测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低成本便携电压测量装置，在设计PCB时通过电源隔离、信号隔离、不共地来减小单片机模块对ADC的干扰，单片机与上位机利用无线串口模块进行通信，同时在无线串口模块收发数据与TM7707采集电压之间要有一定的延时，单片机接收一组数据后再发送到上位机，减少无线串口模块对TM7707的干扰。本实用新型减少了下位机与上位机之间的传输线，使电压测量更加方便灵活，整个下位机尺寸小，便于携带，成本低，与六位半万用表对比测量，测量误差很小。
Description
技术领域
本实用新型涉及压测量装置领域，更具体地说，涉及一种低成本便携电压测量装置。
背景技术
在工业生产中的很多方面，都需要对电压信号进行采集，目前测量电压通常采用万用表或ADC模块，高精度的万用表一般体积较大，不便携带，一些高精度的ADC价格较高，而且，电压采集模块在与上位机通信时多为有线通信，实际操作变得复杂，本实用新型采用一种价格很低的模数转换器TM7707来减少成本，同时采用无线串口模块与上位机进行通信，使电压采集灵活方便。
实用新型内容
针对上述技术问题，本实用新型的低成本便携电压测量装置，包含ADC芯片TM7707、基准电压芯片LM385-2.5、数字隔离芯片ADuM1402、基于主控芯片STM8S103F3P6的最小工作单元、无线串口模块以及隔离式DC/DC模块；
其中，隔离式DC/DC模块的输入端电性连接供电电源的输出端VCC以及GND，输出端AVCC以及AGND电性连接至TM7707以为TM7707提供工作所需的电源，TM7707的引脚AIN1(-)、AIN1(+)分别电性连接一个限流电阻后作为待测量的电压的输入端，同时引脚AIN1(-)、AIN1(+)分别连接一1N5231B后接AGND以将输入电压限制在5V以内；TM7707的引脚REF IN(-)、
GND分别接AGND，引脚VDD、
分别接AVCC，引脚MCLK IN、MCLK OUT连接时钟信号，引脚REF IN(+)通过限流电阻连接至AVCC，并同时通过所述LM385-2.5接AGND，以提供稳定的基准电压；
通过数字隔离芯片ADuM1402，将TM7707的SCLK引脚与STM8S103F3P6的SPI_SCK/PC5引脚相连，将TM7707的DIN引脚与STM8S103F3P6的SPI_MOSI/PC6引脚相连，将TM7707的DOUT引脚与STM8S103F3P6的SPI_MISO/PC7引脚相连，为了方便监测TM7707的
位的状态，将TM7707的
引脚与STM8S103F3P6的TIM1_CH4/PC4引脚相连；
STM8S103F3P6的第2、3引脚连接至无线串口模块，通过无线串口模块与上位机通信。
进一步地，在本实用新型的低成本便携电压测量装置中，ADuM1402与STM8S103F3P6以及TM7707的连接方式为：
TM7707的引脚SCLK、DIN、DOUT、
分别连接至ADuM1402的引脚VOA、VOB、VID、VIC，ADuM1402的引脚VIA、VIB、VOC、VOD分别连接至STM8S103F3P6的信号传输引脚SPI_SCK/PC5、SPI_MOSI/PC6、TIM1_CH4/PC4、SPI_MISO/PC7。
进一步地，在本实用新型的低成本便携电压测量装置中，STM8S103F3P6的引脚NRST连接至一复位开关的一端，复位开关的所述一端连接正电源端子，另一端接地，复位开关的两端之间并接一个复位电容。
进一步地，在本实用新型的低成本便携电压测量装置中，供电电源为：
12V的直流输入，包括+12V连接端以及GND端，+12V连接端以及GND端之间串接一个LED和限流电阻，用于指示电源是否接通，同时+12V连接端与GND端之间连接一个二极管，二极管的阳极连接GND端，阴极连接+12V连接端，+12V连接端连接至一电源转换芯片LM2576-5.0V的第1引脚，LM2576-5.0V的第3、5、6引脚接地，第2引脚连接至一芯片1N5822的负极，1N5822的正极接地，第4引脚与第2引脚之间连接一个滤波用的电感，电感的另一端用于输出5V的VCC。
进一步地，在本实用新型的低成本便携电压测量装置中，隔离式DC/DC模块包括芯片B0505S，芯片B0505S的输入端连接所述5V的VCC，GND端用于接地，0V端和Vc端分别用于输出AGND和AVCC。
进一步地，在本实用新型的低成本便携电压测量装置中，所述低成本便携电压测量装置的设置于一PCB上，PCB上的AGND与GND两个地分开敷铜。
进一步地，在本实用新型的低成本便携电压测量装置中，其特征在于，STM8S103F3P6，采用外部16MHz时钟，通过SPI接口与TM7707进行通信。
本实用新型的技术关键点在于：
a、在设计PCB时通过电源隔离、信号隔离、不共地来减小单片机模块对ADC的干扰。
b、单片机与上位机利用无线串口模块进行通信，同时在无线串口模块收发数据与TM7707采集电压之间要有一定的延时。
c、单片机接收一组数据后再发送到上位机，减少无线串口模块对TM7707的干扰。
与现有的技术相比，本实用新型的优点是：
A、减少了下位机与上位机之间的传输线，使电压测量更加方便灵活。
B、整个下位机尺寸小，便于携带。
C、成本低，与六位半万用表对比测量，测量误差很小。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型的低成本便携电压测量装置的整体原理示意图；
图2-6是本实用新型的低成本便携电压测量装置的具体原理图的不同部分。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
本实用新型的低成本便携电压测量装置的整体原理示意图如图1所示。
同时参考图2-6，本实用新型的低成本便携电压测量装置，其特征在于，包含ADC芯片TM7707、基准电压芯片LM385-2.5、数字隔离芯片ADuM1402、基于主控芯片STM8S103F3P6的最小工作单元以及隔离式DC/DC模块，上述这些芯片电路均设计于PCB上，整个PCB的大小为63mm×35mm，体积很小。
整个电路的供电电源为：12V的直流输入，包括+12V连接端以及GND端，+12V连接端以及GND端之间串接一个LED D3和限流电阻R1，用于指示电源是否接通，同时+12V连接端与GND端之间连接一个二极管D1，二极管D1的阳极连接GND端，阴极连接+12V连接端，+12V连接端连接至一电源转换芯片LM2576-5.0V的第1引脚，LM2576-5.0V的第3、5、6引脚接地，第2引脚连接至一芯片1N5822的负极，1N5822的正极接地，第4引脚与第2引脚之间连接一个滤波用的电感L1，电感L1的另一端用于输出5V的VCC。隔离式DC/DC模块包括芯片B0505S，芯片B0505S的输入端连接所述5V的VCC，GND端用于接地，0V端和Vc端分别用于输出AGND和AVCC。PCB上的AGND与GND两个地分开敷铜，从而可以减小整个电路对ADC的干扰。
其中，隔离式DC/DC模块的输入端电性连接供电电源的输出端VCC以及GND，输出端AVCC以及AGND电性连接至TM7707以为TM7707提供工作所需的电源。TM7707是一个24位双通道全差分模拟输入模数转换器，价格仅为每片6.92元，当其供电电压为5V，基准电压输入为2.5V时，可以采集0-2.5V的单极性信号或±20mV-±2.5V的双极性信号。有三线SPI接口与单片机进行通信，可以节省单片机的I/O口。
TM7707的引脚AIN1(-)、AIN1(+)分别电性连接一个限流电阻R5、R6后作为待测量的电压的输入端，待测量的电压的输入端在图5中具体为接插件H6，同时引脚AIN1(-)、AIN1(+)分别连接一1N5231B后接AGND以将输入电压限制在5V以内；TM7707的引脚REF IN(-)、
GND分别接AGND，引脚VDD、
分别接AVCC，引脚MCLK IN、MCLK OUT连接时钟信号，即采用一个4.9152MHz的晶振做时钟源，分别连接至TM7707的MCLK IN和MCLK OUT引脚。引脚REF IN(+)通过限流电阻R2连接至AVCC，并同时通过所述LM385-2.5接AGND，以提供稳定的基准电压，LM385-2.5的正极接AGND，另一端与AVCC之间连接上述电阻R2。
通过数字隔离芯片ADuM1402，将TM7707的SCLK引脚与STM8S103F3P6的SPI_SCK/PC5引脚相连，将TM7707的DIN引脚与STM8S103F3P6的SPI_MOSI/PC6引脚相连，将TM7707的DOUT引脚与STM8S103F3P6的SPI_MISO/PC7引脚相连，为了方便监测TM7707的
位的状态，将TM7707的
引脚与STM8S103F3P6的TIM1_CH4/PC4引脚相连；STM8S103F3P6，采用外部16MHz时钟，通过SPI接口与TM7707进行通信，用于接收上位机发送的指令，对TM7707进行配置，接收数据后传输给上位机进行显示，单片机与上位机之间通过无线串口模块进行通信。在无线串口模块收发数据和TM7707采集电压之间要延时一段时间，避免无线串口模块对TM7707造成干扰。
其中，ADuM1402与STM8S103F3P6以及TM7707的连接方式为：TM7707的引脚SCLK、DIN、DOUT、
分别连接至ADuM1402的引脚VOA、VOB、VID、VIC，ADuM1402的引脚VIA、VIB、VOC、VOD分别连接至STM8S103F3P6的信号传输引脚SPI_SCK/PC5、SPI_MOSI/PC6、TIM1_CH4/PC4、SPI_MISO/PC7。
STM8S103F3P6的第2(UART1_TX)、3(UART1_RX)引脚连接至一串口无线串口模块，通过无线串口模块与上位机通信。STM8S103F3P6的引脚NRST连接至一复位开关的一端，复位开关的所述一端连接正电源端子，另一端接地，复位开关的两端之间并接一个复位电容。
TM7707的工作电压为5V，基准电压为2.5V，当TM7707在双极性模式下工作时，传递的数据为偏移二进制码，即-2.5V时代码为0x000000,0V时代码为0x800000，+2.5V时代码为0xFFFFFF，将代码转换为十进制后用于计算测量的电压。基于现有公开资料可知，电压的计算公式为：
V＝(AD-8388608)×5÷16777215
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (7)
1.一种低成本便携电压测量装置，其特征在于，包含ADC芯片TM7707、基准电压芯片LM385-2.5、数字隔离芯片ADuM1402、基于主控芯片STM8S103F3P6的最小工作单元、无线串口模块以及隔离式DC/DC模块；
其中，隔离式DC/DC模块的输入端电性连接供电电源的输出端VCC以及GND，输出端AVCC以及AGND电性连接至TM7707以为TM7707提供工作所需的电源，TM7707的引脚AIN1(-)、AIN1(+)分别电性连接一个限流电阻后作为待测量的电压的输入端，同时引脚AIN1(-)、AIN1(+)分别连接一1N5231B后接AGND以将输入电压限制在5V以内；TM7707的引脚REF IN(-)、
GND分别接AGND，引脚VDD、
分别接AVCC，引脚MCLK IN、MCLK OUT连接时钟信号，引脚REF IN(+)通过限流电阻连接至AVCC，并同时通过所述LM385-2.5接AGND，以提供稳定的基准电压；
通过数字隔离芯片ADuM1402，将TM7707的SCLK引脚与STM8S103F3P6的SPI_SCK/PC5引脚相连，将TM7707的DIN引脚与STM8S103F3P6的SPI_MOSI/PC6引脚相连，将TM7707的DOUT引脚与STM8S103F3P6的SPI_MISO/PC7引脚相连，为了方便监测TM7707的
位的状态，将TM7707的
引脚与STM8S103F3P6的TIM1_CH4/PC4引脚相连；
STM8S103F3P6的第2、3引脚连接至无线串口模块，通过无线串口模块与上位机通信。
2.根据权利要求1所述的低成本便携电压测量装置，其特征在于，ADuM1402与STM8S103F3P6以及TM7707的连接方式为：
TM7707的引脚SCLK、DIN、DOUT、
分别连接至ADuM1402的引脚VOA、VOB、VID、VIC，ADuM1402的引脚VIA、VIB、VOC、VOD分别连接至STM8S103F3P6的信号传输引脚SPI_SCK/PC5、SPI_MOSI/PC6、TIM1_CH4/PC4、SPI_MISO/PC7。
3.根据权利要求1所述的低成本便携电压测量装置，其特征在于，STM8S103F3P6的引脚NRST连接至一复位开关的一端，复位开关的所述一端连接正电源端子，另一端接地，复位开关的两端之间并接一个复位电容。
4.根据权利要求1所述的低成本便携电压测量装置，其特征在于，供电电源为：
12V的直流输入，包括+12V连接端以及GND端，+12V连接端以及GND端之间串接一个LED和限流电阻，用于指示电源是否接通，同时+12V连接端与GND端之间连接一个二极管，二极管的阳极连接GND端，阴极连接+12V连接端，+12V连接端连接至一电源转换芯片LM2576-5.0V的第1引脚，LM2576-5.0V的第3、5、6引脚接地，第2引脚连接至一芯片1N5822的负极，1N5822的正极接地，第4引脚与第2引脚之间连接一个滤波用的电感，电感的另一端用于输出5V的VCC。
5.根据权利要求4所述的低成本便携电压测量装置，其特征在于，隔离式DC/DC模块包括芯片B0505S，芯片B0505S的输入端连接所述5V的VCC，GND端用于接地，0V端和Vc端分别用于输出AGND和AVCC。
6.根据权利要求1所述的低成本便携电压测量装置，其特征在于，所述低成本便携电压测量装置的设置于一PCB上，PCB上的AGND与GND两个地分开敷铜。
7.根据权利要求1所述的低成本便携电压测量装置，其特征在于，STM8S103F3P6，采用外部16MHz时钟，通过SPI接口与TM7707进行通信。
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| CN201920975416.3U CN210720558U (zh) | 2019-06-26 | 2019-06-26 | 一种低成本便携电压测量装置 |
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| CN116915021A (zh) * | 2023-07-12 | 2023-10-20 | 北京市科通电子继电器总厂有限公司 | 一种固态功率控制器 |
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- 2019-06-26 CN CN201920975416.3U patent/CN210720558U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN116915021A (zh) * | 2023-07-12 | 2023-10-20 | 北京市科通电子继电器总厂有限公司 | 一种固态功率控制器 |
| CN116915021B (zh) * | 2023-07-12 | 2024-04-26 | 北京市科通电子继电器总厂有限公司 | 一种固态功率控制器 |
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