CN210721456U - 一种集成多通道数据采集及可调电源输出的迷你电脑 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成多通道数据采集及可调电源输出的迷你电脑，主要由数据采集板卡，OLED显示屏，电脑主机(包含CPU、内存、硬盘)，铝合金外壳组成。为配套本产品使用，电脑主机内置安装一个客户端软件，该软件可同采集板卡进行数据交互（接收所有通道数据，下发用户指定的通道数据)。通过优化细节，设计了多种辅助功能，方便用户更高效的进行后续数据处理。

Description

一种集成多通道数据采集及可调电源输出的迷你电脑

技术领域

本实用新型涉及一种电脑，具体是一种集成多通道数据采集及可调电源输出的迷你电脑。

背景技术

现在单片机开发人员在调试设备板卡功能的过程中，往往采用如下几种工具，给设备板卡供电的适配器，大多为可调开关电源，用于提供板卡的电力；采集设备板卡信息的工具，有USB转TTL转换器（可将被调试板卡的串口打印信息传输到电脑端以便跟踪设备运行的状态，从而判断板卡运行功能是否符合预期）； 有USB转RS485转换器，主要用于监控RS485总线数据包及在总线空闲态下发送协议包，RS485总线的应用场景主要在于工控环境下低速主从设备系统。（比如大部分工厂用到的风机系统，大多以RS485总线进行数据通信），该总线的特点是成本简单，抗干扰能力强，便于在楼宇内进行综合布局实施; 还有更加高端的USB转CAN分析仪，主要用于CAN总线数据监听，模拟单一传感器向CAN总线发送数据包等功基本功能。CAN总线主要应用于各类要求抗干扰能力强，数据信息交互量较大的场景，比如高铁，汽车，飞机上各类传感器信息汇聚到信息采集系统的总线布局无一例外都采用CAN总线。

以上应用场景提到的产品，在没有正式量产之前，都要经历脱机调试的阶段，而这个阶段必然会用到对应数据采集专用的辅助工具。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种集成多通道数据采集及可调电源输出的迷你电脑，以解决所述背景技术中提出的问题。

为实现所述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种集成多通道数据采集及可调电源输出的迷你电脑，包括单片机、PID电源电路、电脑主板、OLED驱动连接模块、TTL转接电路、RS485转换电路和CAN转换电路，其特征在于，所述单片机分别连接PID电源电路、电脑主板、OLED驱动连接模块、TTL转接电路、RS485转换电路和CAN转换电路，PID电源电路还连接电脑主板。

作为本实用新型再进一步的方案：单片机和电脑主板之间采用USART-TTL信息采集交互通道相连接，USART-TTL信息采集交互通道包括MOS管Q3、二极管TVS3、二极管TVS4、电阻R45和电阻R44，单片机包括单片机U8，单片机U8的脚31连接电阻R14，电阻R14的另一端连接二极管TVS3的阴极和USB接口CN2的脚3，单片机U8的脚30连接电阻R18，电阻R18的另一端连接二极管TVS4的阴极、电阻R15和USB接口CN2的脚2，单片机U8的脚18连接电阻R44和电阻R45，电阻R45的另一端连接TTL输入接口RX0，电阻R15的另一端连接MOS管Q3的漏极，MOS管Q3的源极连接电阻R43和5V电源，MOS管Q3的栅极连接电阻R43的另一端和三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极连接电阻R47和IO口TTL5V_MODE_LOW_ENABLE，单片机U8的型号为GD32E103C8T6。

作为本实用新型再进一步的方案：所述MOS管Q3的型号为Si2303DS。

作为本实用新型再进一步的方案：所述三极管Q2的型号为9013。

作为本实用新型再进一步的方案：所述二极管TVS3和二极管TVS4的型号均为SMF6.0A。

作为本实用新型再进一步的方案：所述单片机U8内置CAN适配器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型在硬件层面集成了可调直流电压输出，USB转TTL转换器，USB转RS485转换器，USB转CAN分析仪为一体的功能，同时为配合集成多用途转换器的数据采集系统的数据信息，配套电脑端专用监控软件，极大程度的提升嵌入式开发人员在工作的调试效率。原来用于配套调试的串口打印信息或是RS485总线以及CAN总线分析仪往往是多个独立的桌面软件，当两者或三者同时使用的时候，用户就必须打开多个客户端，且各个软件风格不一。而本产品在桌面软件端将统一为三个数据通道的一个客户端软件，软件内可以单独打开一个数据通道用于显示对应数据采集信息，也可以组合打开显示多个数据采集通道。并优化显示细节，设计多种辅助功能，方便用户更高效的观察到所需敏感信息。

附图说明

图1为本实用新型的整体电路示意图。

图2为单片机同电脑PC端的USB通信示意图。

图3为PID可调电源输出示意图。

图4为USART-TTL信息采集交互通道意图。

图5为RS485总线信息采集交互通道示意图。

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。基于本实用新型中的实施例，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。

实施例1：请参阅图1-5，一种集成多通道数据采集及可调电源输出的迷你电脑，包括用于综合信号处理的单片机U8，单片机U8内部自带USART适配器，TXD跟RXD通过保护电阻R14,R18连接到USB2.0-AF连接器CN2的D+ D-引脚，连接器将通过USB2.0转杜邦线连接到用户调试板卡的USART-TTL打印接口，从而实现信息的监听，客户所需的USART-TTL配置参数，如波特率，起始位，数据位长度，奇偶校验位，停止位等信息，可通过PC端软件预先配置到单片机内部FLASH，(掉电保存), NMOS管Q1，电阻R15,R43,组成的电路可以通过控制NPN三极管Q4、电阻R34的电路，实现上拉5V启用和关闭，从而实现3.3V或5VTTL逻辑电平的硬件切换能力，本产品的巧妙之处在于，利用gpioTX0发送引脚的电平，可以自动驱动NPN三极管Q4的导通和关闭，从而当需要5V逻辑电平下，自动驱动Q1实现5V逻辑电平的输出（由于硬件设计，实测输出4.3V电压 也足够满足5V TLL逻辑低电平要求)，单片机引脚TTL_LEVEL_ENABLE配置为开漏输出进行逻辑3.3V或5V选择，当开漏输出为高时，外部使用5V逻辑，开漏输出为低时，三极管Q4 被牵制低电平，NMOS管Q1将一直处于截止态，输出的电压完全用gpioTX0发送引脚的电平决定，而单片机默认的引脚电平为3.3V。

本产品采用R45,R44高阻值电阻分压(减少对输入信号源电流索取)，采集USART-TXD输入线的电压，可以在USART总线空闲下，自动识别用户USART-TTL的逻辑数值，达到自动电平切换的目的，从而可以保护用户IO不受电平不匹配造成的损坏。当然本产品配套上位机软件支持用户通过PC端软件预先配置电平逻辑. 对USART-TTL数据回路设计并联TVS3,TVS4 6.0V保护管，有利于防止人体静电对通信数据线的损坏。

为解决USB转TTL转换器在打印板卡信息过程中，面临电气电平匹配的问题，本产品具有一路ADC自动判定电平逻辑的功能，也可以通过电脑端软件发送命令进行电平强制切换(3.3V或5V TTL逻辑），现有设备则需使用短路帽等外部辅助工具进行电平切换，稍有不慎还会烧坏IO口，部分USB转TTL转换器甚至不具备电平切换的功能。在逻辑切换中，本产品不会因为电平的电气问题烧毁产品本身，对数据回路具备TVS保护功能，可杜绝在干燥季节引起的人体带静电烧毁转换器的隐患。更为重要的是，当前各类电脑端串口软件仅仅只是将数据包进行显示在数据接收区，不仅需要开发人员用心观察各类打印信息，甚至需要暂停软件进行繁琐而慢速的拆包分析，而本产品配套的电脑端软件，允许客户自定义颜色标注不同的数据包，自定义颜色标注对应数据包内的敏感的内容段，对于大量快速显示的打印数据自动进行比对（需要预先配置好抓取的数据包内容和标定代表颜色），符合比对规则的数据包将会按照颜色指示进行抓取显示，当鼠标点击对应字段内容的时候，还可以弹出备注栏描述的中文含义，让用户在大量数据信息里，直观的看到想到的信息。

为解决用户调试以主从设备设计的RS485总线过程中，由于主机设备跟从机设备不能同时研发完成便于方便调试的情况下，从机开发人员可以利用本产品及配套软件模拟某些主机设备的功能（比如循环发送地址查询包，控制命令包等），进行功能调试。为解决部分普通USB转RS485转换器在调试RS485总线过程中，不能识别总线繁忙而强行在总线插入数据包导致总线数据乱码的情况，本产品会自动识别RS485总线繁忙或空闲情况，选定空闲状态下，发送用户指定的数据包。

为解决用户调试CAN总线，通过本产品提供的CAN数据通道，可进行总线数据包抓包打印，模拟单一总线设备发送数据包，以及总线带宽压力测试等软件功能。

为解决用户需要适配器给设备供电，本产品带调压电路输出，实现0~19.5V直流电压可调电压输出，由于配套适配器采用原装DELL 130W最新一代笔记本适配器作为标配电源，交直流侧变压器隔离，安全可靠。

实施例2：在实施例1的基础上，图2所示为单片机同电脑PC端的USB通信电路图，单片机内置USB适配器，通过USB标准差分总线连接电脑主板的USB2.0接口，进行数据通信。单片机采用易兆创新科技出品的GD32E103，按照USB2.0标准协议同电脑主板进行数据交互，通过软件编程实现将各个通道的采集的数据信息上传到电脑端。

实施例3：在实施例1的基础上，图3所示为PID可调电源输出电路，可调电源采用单片机PWM(带死区互补)控制全桥芯片U6驱动上下桥臂N-MOSFET管U1,U2,对输入直流电源19.5V进行占空调节，从而实现输出电压可调。采用运放芯片U5的一路通道做同向放大电路，对电源输出回路的CS处采样功率电阻R47进行信号放大后，通入单片机的ADC通道进行模数转换，从而计算可调电源输出回路的电流数值。采用运放芯片U5的第二路通道做同向比例电路，对电源输出回路的Vo电压进行电阻分压R11,R10，接入运放设计的射极跟随器输出到单片机的ADC通道进行模数转换，从而计算可调电源输出回路的电压数值。以上模拟信息的采集，不但为PID调节做实时输入参数而用，还可以用于过流，输出过压保护等其他功能。

实施例4：在实施例1的基础上，图4中网格RX0为本产品的TTL输入接口，接在用户TTL的输入侧，经过两个均值电阻分压的网格TTL_level_check 接入MCU的PB0口(ADC01_IN8),就可以采集用户TTL电平电压，由于用户可能处于发送数据包中，所以采样的数值随时有可能接近为0V，因此本产品的软件代码在编程的时候，会在串口空闲态下，检测的电压数值为准，从而正确识别电平逻辑，由于本产品选用的MCU具备5V耐压能力，因此接收端串联一个1K电阻即可确保3.3V或5V的电平逻辑识别，且不会烧坏IO口。本产品的TTL输出电路里，外加一个P MOSFET强制上拉硬件电路能力，通过网格TTL5V_MODE_LOW_ENABLE所代表的IO口进行使能和禁能：当TTL5V_MODE_LOW_ENABLE为开漏输出低的时候，使用功能为3.3V逻辑电平，当TTL5V_MODE_LOW_ENABLE为开漏输出高的时候，使用功能为5V逻辑电平。为保护用户IO，串联1个R15(1K)电阻，可使得电流限制在5ma内，即便是古老的51单片机IO口也具有5ma的灌电流能力，因此不会烧坏用户IO口（极少数MCU不具备5ma灌电流能力），由于本产品选用的MCU内置了反向二极管，IO口均有5V容压能力，上述电路控制TTL5V_MODE_LOW_ENABLE引脚输出开漏高后，TX0总线具备4.3V电压的高电平能力。足够满足5V逻辑电平下的高电平的电气规范范围。

实施例5：在实施例1的基础上，图5为RS485总线信息采集交互通道电路图，单片机U8内部自带USART适配器通过USART-RS485转换芯片U7 进行电平转换后， A,B线分别连接到USB2.0-AF连接器CN3的D+ D-引脚，连接器将通过USB2.0转杜邦线连接到用户调试板卡的RS485 A B线，即可采集RS485总线的信息，当然也可以往总线发送信息。USART-TXD引脚用于控制三极管Q3导通，实现对芯片U7的RD引脚0V和5V电平逻辑的时序控制，RS485总线的B线通过二极管D32,电阻R28和电容C4组成的反馈回路可以驱动DI引脚实现将单片机的USART-TXD时序，转换到RS485总线上，

与此同时，RD引脚的高电平自动将RS485总线处于发送态，而RD引脚低电平自动将

RS485总线处于接收态，从而实现半双工的实际应用。 在A B线上，并联TVS1,TVS2保护器件，有利于防止人体静电对通信数据线的损坏。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种集成多通道数据采集及可调电源输出的迷你电脑，包括单片机、PID电源电路、电脑主板、OLED驱动连接模块、TTL转接电路、RS485转换电路和CAN转换电路，其特征在于，所述单片机分别连接PID电源电路、电脑主板、OLED驱动连接模块、TTL转接电路、RS485转换电路和CAN转换电路，PID电源电路还连接电脑主板。

2.根据权利要求1所述的一种集成多通道数据采集及可调电源输出的迷你电脑，其特征在于，单片机和电脑主板之间采用USART-TTL信息采集交互通道相连接，USART-TTL信息采集交互通道包括MOS管Q3、二极管TVS3、二极管TVS4、电阻R45和电阻R44，单片机包括单片机U8，单片机U8的脚31连接电阻R14，电阻R14的另一端连接二极管TVS3的阴极和USB接口CN2的脚3，单片机U8的脚30连接电阻R18，电阻R18的另一端连接二极管TVS4的阴极、电阻R15和USB接口CN2的脚2，单片机U8的脚18连接电阻R44和电阻R45，电阻R45的另一端连接TTL输入接口RX0，电阻R15的另一端连接MOS管Q3的漏极，MOS管Q3的源极连接电阻R43和5V电源，MOS管Q3的栅极连接电阻R43的另一端和三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极连接电阻R47和IO口TTL5V_MODE_LOW_ENABLE，单片机U8的型号为GD32E103C8T6。

3.根据权利要求2所述的一种集成多通道数据采集及可调电源输出的迷你电脑，其特征在于，所述MOS管Q3的型号为Si2303DS。

4.根据权利要求2所述的一种集成多通道数据采集及可调电源输出的迷你电脑，其特征在于，所述三极管Q2的型号为9013。

5.根据权利要求2所述的一种集成多通道数据采集及可调电源输出的迷你电脑，其特征在于，所述二极管TVS3和二极管TVS4的型号均为SMF6.0A。

6.根据权利要求2-5任一所述的一种集成多通道数据采集及可调电源输出的迷你电脑，其特征在于，所述单片机U8内置CAN适配器。

Images