CN216014007U - 一种基于恒流源的金属材质鉴别电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于材料鉴别领域，具体涉及一种基于恒流源的金属材质鉴别电路，包括：单片机、DA模块、放大电路、温度采样电路、AD模块、采样反馈电路、通信电路和电源电路；所述单片机的输出端与所述DA模块的输入端连接，所述DA模块的输出端经所述放大电路后连接待测负载，所述采样反馈电路的输入端与所述负载连接，所述采样反馈电路的输出端与所述AD模块的第一输入端连接，所述AD模块的输出端与所述单片机连接，所述温度采样电路的输入端与温度传感器连接，输出端与所述AD模块的第二输入端连接，所述单片机通过通信电路与上位机连接。本实用新型可以测量待测负载的温度和电阻，实现金属材质的鉴别。
Description
技术领域
本实用新型属于材料鉴别领域，具体涉及一种基于恒流源的金属材质鉴别电路。
背景技术
随着工业自动化技术的迅速发展，金属材料成为目前国民经济各行业、各部门应用最广泛的工程材料之一，特别是车辆、机床、热能、化工、航空航天、建筑等行业部件和零件的制造中，发挥了不可替代的作用。各种新型金属合金材料也脱颖而出，对于金属材质的检测也显得尤为重要，目前，我国对金属材质鉴别的水平已经达到了较高的层次，主要包括金属化学成分检测、物理性能试验、力学性能测试、金属腐蚀试验等，这些检测方法是对金属材料种类、合金成份、材料内部组织结构、热处理状态、硬度以及机械性能等的鉴别，但在鉴别材质方面，处理速度普遍偏低。因此，针对金属材质鉴别领域存在的问题，需要提供一种快速可靠的鉴别方案，以提高检测速度，并保持金属材料完整性。
实用新型内容
本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于恒流源的金属材质鉴别电路，以实现金属材质的快速鉴别。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于恒流源的金属材质鉴别电路，其特征在于，包括：单片机、DA模块、放大电路、温度采样电路、AD模块、采样反馈电路、通信电路和电源电路；
所述单片机的输出端与所述DA模块的输入端连接，所述DA模块的输出端经所述放大电路后连接待测负载，所述采样反馈电路的输入端与所述负载连接，所述采样反馈电路的输出端与所述AD模块的第一输入端连接，所述AD模块的输出端与所述单片机连接，所述温度采样电路的输入端与温度传感器连接，输出端与所述AD模块的第二输入端连接，所述单片机通过通信电路与上位机连接。
所述DA模块的芯片型号为AD5683，所述单片机的输出端通过SPI通信与所述AD模块的输入端连接；所述通信电路的型号为CH340，所述单片机通过UART端口与所述通信电路连接，所述通信电路通过USB接口与上位机连接。
所述放大电路的主芯片型号为LM7332。
所述温度传感器型号为PT1000，所述温度采样电路包括电阻R10，所述电阻R10的一端与电源正极连接，另一端与温度传感器的一端连接，所述温度传感器的一端与AD模块的第二输入端连接，另一端接地。
所述电阻R10的阻值为1000Ω。
所述AD模块的芯片型号为AD7795。
所述采样反馈电路包括采样电阻R7-1和放大芯片INA214；DA模块的输出端经所述放大电路后连接待测负载的一端，负载的另一端经所述采样电阻R7-1后接地，所述放大芯片INA214的输入引脚IN+与负载的一端连接，输入引脚IN-接地。
所述采样电阻R7-1的阻值为1Ω。
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：本实用新型提供了一种基于恒流源的金属材质鉴别电路，其通过测量负载在恒流源条件的电压，可以得到负载的电压电流曲线，或者基于欧姆定律得到负载的电阻，进而计算电阻率，或者与标准样品的电流电压曲线进行比较，可以实现金属材质鉴别，提高了金属识别速度，更好的保证了金属的完整性。并且设备体积小，集成度高，使用方便，而且其测得数据结果以高精度mA为单位，更具有可靠性。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种基于恒流源的金属材质鉴别电路的结构框图；
图2为本实用新型实施例中DA模块的电路原理图；
图3为本实用新型实施例中通信电路的电路原理图；
图4为本实用新型实施例中单片机的电路原理图；
图5为本实用新型实施例中放大电路的电路原理图；
图6为本实用新型实施例中温度采样电路的电路原理图；
图7为本实用新型实施例中AD模块的电路原理图；
图8为本实用新型实施例中采样反馈电路的电路原理图；
图9为本实用新型实施例中第一电源模块的电路原理图；
图10为本实用新型实施例中第二电源模块的电路原理图；
图11为本实用新型实施例中第三电源模块的电路原理图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，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。
如图1所示，本实用新型实施例提供了一种基于恒流源的金属材质鉴别电路，包括：单片机、DA模块、放大电路、温度采样电路、AD模块、采样反馈电路、通信电路和电源电路；所述单片机的输出端与所述DA模块的输入端连接，所述DA模块的输出端经所述放大电路后连接待测负载，所述采样反馈电路的输入端与所述负载连接，所述采样反馈电路的输出端与所述AD模块的第一输入端连接，所述AD模块的输出端与所述单片机连接，所述温度采样电路的输入端与温度传感器连接，输出端与所述AD模块的第二输入端连接，所述单片机通过通信电路与上位机连接。
进一步地，如图2所示，本实施例中，所述DA模块的芯片型号为AD5683，所述单片机的输出端通过SPI通信与所述AD模块的输入端连接，MCU经过DA模块将数字量转化成模拟量，进而驱动负载。进一步地，如图3所示，本实施例中，所述通信电路的芯片型号为CH340，所述单片机通过UART端口与所述通信电路连接，所述通信电路通过USB接口与上位机连接。本实施例中，如图4所示，单片机的芯片型号为STM32F103，通过芯片CH340将普通的UART信号转换为USB信号，以便于同上位机（工控机）通信。
进一步地，如图5所示，本实施例中，所述放大电路的主芯片型号为LM7332，用LM7332 作为放大电路的芯片，可以将DA模块（AD5683）输出的信号放大到所需量程范围之内，其放大增益是2倍，输入0-5V，输出0-10V。
进一步地，本实施例中，所述温度传感器型号为PT1000，如图6所示，所述温度采样电路包括电阻R10，所述电阻R10的一端与电源正极连接，另一端与温度传感器的一端连接，所述温度传感器的一端与AD模块的第二输入端连接，另一端接地。所述电阻R10的阻值为1000Ω。为了提高温度探测精度,系统选择了性能稳定、精度高以及温度响应速度快的PT1000铂电阻作为温度传感器 。将PT1000与1000Ω电阻串联，外接3.3V电压，利用分压原理得R=1000/(3.3/U-1)，进而得到温度，再利用功耗小、精度高且能够有效抑制噪声的16位AD7795作为模数转换器采集分压，最后在CPU与AD7795之间采用SPI总线相连。由于待测的金属材料作为负载时，有通电热效应，因此，通过温度传感器，可以测量负载的温度，保证测量准确性。
进一步地，如图7所示，本实施例中，所述AD模块的芯片型号为AD7795。本实施例中，AD模块用于采集温度信号和待测负载的电压反馈信号。
进一步地，本实施例中，由于AD模块AD7795不能直接采集电流信号 ，并且电压信号需要不小于GND电位30mv，因此将此电流信号通过采样电阻（1Ω）转为电压信号，再经过INA214运算放大器， 放大倍数100倍。因此，本实施例中，所述采样反馈电路包括采样电阻R7-1和放大芯片INA214；如图2所示，LM7332的输出引脚OUT B通过接线端子IN连接待测负载的一端，待测负载的另一端通过接线端子IN连接采样电阻R7-1的一端，采样负载R7-1的另一端接地，如图8所示，所述放大芯片INA214的输入引脚IN+与采样电阻R7-1的一端连接，输入引脚IN-接地。进一步地，所述采样电阻R7-1的阻值为1Ω。
进一步地，如图1所示，本实施例中，所述电源电路包括第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块，如图9~11所示，分别为第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块的电路原理图。第一电源模块用于将AC220V电压转换为DC12V电压后给第二电源模块和放大电路供电，第二电源模块主芯片型号为AMS1117-5.0，用于将DC12V电压转化为DC5V电压后给DA模块和第三电源模块供电，第三电源模块用于将DC5V电压转换为DC3.3V电压后给单片机、AD模块供电。
本实用新型的工作原理如下：通过接线端子IN连接待测负载后，单片机输出数字信号经DA模块转化为模拟信号，放大电路对模拟信号进行放大后驱动负载，与负载串联的采样电阻用于采集负载电流反馈给单片机，使单片机作为恒流源输出恒流驱动负载，通过不同驱动电流下对应的驱动电压，可以得到负载的电压-电流曲线，进而实现负载金属材质鉴定。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种基于恒流源的金属材质鉴别电路，其特征在于，包括：单片机、DA模块、放大电路、温度采样电路、AD模块、采样反馈电路、通信电路和电源电路；
所述单片机的输出端与所述DA模块的输入端连接，所述DA模块的输出端经所述放大电路后连接待测负载，所述采样反馈电路的输入端与所述负载连接，所述采样反馈电路的输出端与所述AD模块的第一输入端连接，所述AD模块的输出端与所述单片机连接，所述温度采样电路的输入端与温度传感器连接，输出端与所述AD模块的第二输入端连接，所述单片机通过通信电路与上位机连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于恒流源的金属材质鉴别电路，其特征在于，所述DA模块的芯片型号为AD5683，所述单片机的输出端通过SPI通信与所述AD模块的输入端连接；所述通信电路的型号为CH340，所述单片机通过UART端口与所述通信电路连接，所述通信电路通过USB接口与上位机连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于恒流源的金属材质鉴别电路，其特征在于，所述放大电路的主芯片型号为LM7332。
4.根据权利要求1所述的一种基于恒流源的金属材质鉴别电路，其特征在于，所述温度传感器型号为PT1000，所述温度采样电路包括电阻R10，所述电阻R10的一端与电源正极连接，另一端与温度传感器的一端连接，所述温度传感器的一端与AD模块的第二输入端连接，另一端接地。
5.根据权利要求4所述的一种基于恒流源的金属材质鉴别电路，其特征在于，所述电阻R10的阻值为1000Ω。
6.根据权利要求1所述的一种基于恒流源的金属材质鉴别电路，其特征在于，所述AD模块的芯片型号为AD7795。
7.根据权利要求1所述的一种基于恒流源的金属材质鉴别电路，其特征在于，所述采样反馈电路包括采样电阻R7-1和放大芯片INA214；
DA模块的输出端经所述放大电路后连接待测负载的一端，负载的另一端经所述采样电阻R7-1后接地，所述放大芯片INA214的输入引脚IN+与负载的一端连接，输入引脚IN-接地。
8.根据权利要求7所述的一种基于恒流源的金属材质鉴别电路，其特征在于，所述采样电阻R7-1的阻值为1Ω。
9.根据权利要求1所述的一种基于恒流源的金属材质鉴别电路，其特征在于，所述电源电路包括第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块，第一电源模块用于将AC220V电压转换为DC12V电压后给第二电源模块和放大电路供电，第二电源模块主芯片型号为AMS1117-5.0，用于将DC12V电压转化为DC5V电压后给DA模块和第三电源模块供电，第三电源模块用于将DC5V电压转换为DC3.3V电压后给单片机、AD模块供电。
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