CN219456017U - 基于蓝牙装置的mems传感器测试设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备包括测试电路和气体容器，所述测试电路以及待测传感器均位于所述气体容器内，所述测试电路包括主控模块、对传感器进行加热的恒功率加热电路以及匹配电阻切换电路，所述主控模块的一个信号输出端口与恒功率加热电路的输入端连接，恒功率加热电路的输出端与主控模块的采样端口连接，主控模块的一个IO输出端口与匹配电阻切换电路的输入端连接，匹配电阻切换电路的输出端与待测传感器连接；本实用新型的优点在于：成本低、适用性强、测试效率高以及适配性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子技术领域，更具体涉及基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备。
背景技术
随着人们对环保问题的关注度越来越高，开始对各种有毒有害气体物质的检测提出了更高的要求。气体传感器是一种能够检测特定气体成分的传感器。它可以检测和测量气体中的特定成分，并通过转换为电信号对其进行输出和分析。
气体传感器根据分析方法和检测方法的不同，主要分为半导体式、电化学式、光学式、接触燃烧式等。其中，半导体气体检测器件因其灵敏度高、响应速度快、体积小、重量轻、易于与硅材料半导体工艺兼容等优点而受到人们的青睐。性能和与硅工艺的兼容正逐渐在工业应用中占据领先地位。
为了适应气体传感器的发展需求，对高性能可靠性的气体传感器测试仪需求也逐步上升。市场上现有的气体传感器多为基于LabVIEW软件开发平台的气体传感器虚拟仪器构建方案，这种开发方案具有三个缺点：1)多为大型设备，配套设施复杂，多依靠高精度仪器，设备成本高；2)无法在密闭环境中进行气体测试工作，仅在实验室研究中使用，适用性差；3)需进行匹配电阻板卡更换工作，测试效率低；4)仅采用恒压加热方式，由于生产工艺造成加热电阻丝差异影响传感器测试环境温度不同，无法适配市场上不同传感器测试需求，适配性差。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于现有技术气体传感器测试设备成本高、适用性差、测试效率低以及适配性差的问题。
本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备，包括测试电路和气体容器，所述测试电路以及待测传感器均位于所述气体容器内，所述测试电路包括主控模块、对传感器进行加热的恒功率加热电路以及匹配电阻切换电路，所述主控模块的一个信号输出端口与恒功率加热电路的输入端连接，恒功率加热电路的输出端与主控模块的采样端口连接，主控模块的一个IO输出端口与匹配电阻切换电路的输入端连接，匹配电阻切换电路的输出端与待测传感器连接。
有益效果：本实用新型结构简单，设备成本低，测试电路以及待测传感器均位于所述气体容器内，不仅能够在实验室研究中使用，还能够在密闭环境中进行气体测试工作，适用性强，设置匹配电阻切换电路直接进行匹配电阻切换，不需要进行匹配电阻板卡更换工作，测试效率高，设置恒功率加热电路，有利于适配市场上不同传感器测试需求，适配性强。
进一步地，所述气体容器采用玻璃容器，玻璃容器上设有进气口和出气口，所述进气口连接进气管道，所述出气口连接排气管道。
进一步地，所述基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备还包括底座，所述待测传感器以及测试电路均固定在底座上，待测传感器与测试电路电连接。
进一步地，所述测试电路还包括蓝牙模块，所述主控模块通过蓝牙模块与上位机连接。
更进一步地，所述测试电路还包括UART接口，所述蓝牙模块通过UART接口与主控模块连接，蓝牙模块与上位机建立蓝牙连接。
进一步地，所述测试电路还包括给整个测试设备供电的电源模块，电源模块与主控模块的供电端口连接。
更进一步地，所述电源模块的输入方式为交流输入、直流输入以及锂电池输入。
进一步地，所述主控模块包括单片机、晶振电路和复位电路，所述复位电路和晶振电路均与所述单片机连接。
更进一步地，所述恒功率加热电路包括运放U5、二极管D17、稳压芯片U4以及滤波单元，所述运放U5的反相端与主控模块的信号输出端口连接，运放U5的电源正端接电源VCC3V3，运放U5的电源负端接地，运放U5的输出端通过二极管D17与稳压芯片U4的第三引脚连接，稳压芯片U4的第五引脚接电源VCC12_P，稳压芯片U4的第一引脚和第六引脚通过滤波单元与主控模块的采样端口连接，运放U5的同相端与滤波单元连接。
更进一步地，所述匹配电阻切换电路包括切换单元和多个不同阻值的输出单元，所述切换单元的主芯片为解码器U3，解码器U3的第一引脚至第一引脚为控制码输入端且与主控模块的IO输出端口连接，解码器U3的第七引脚、第九引脚至第十五引脚均为输出端口，各输出端口分别连接一个输出单元；其中一个所述输出单元包括三极管Q1和开关K1，三极管Q1的基极与解码器U3的一个输出端口连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与开关K1的内部线圈连接，开关K1的内部常开触点与待测传感器连接。
本实用新型的优点在于：
(1)本实用新型结构简单，设备成本低，测试电路以及待测传感器均位于所述气体容器内，不仅能够在实验室研究中使用，还能够在密闭环境中进行气体测试工作，适用性强，设置匹配电阻切换电路直接进行匹配电阻切换，不需要进行匹配电阻板卡更换工作，测试效率高，设置恒功率加热电路，有利于适配市场上不同传感器测试需求，适配性强。
(2)本实用新型设置蓝牙模块，实现密闭环境下或远端操作的气体传感器测试工作。
附图说明
图1为本实用新型实施例所公开的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备的原理框图；
图2为本实用新型实施例所公开的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备中电源模块的一部分原理图；
图3为本实用新型实施例所公开的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备中电源模块的另一部分原理图；
图4为本实用新型实施例所公开的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备中主控模块的原理图；
图5为本实用新型实施例所公开的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备中恒功率加热电路的原理图；
图6为本实用新型实施例所公开的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备中UART接口电路的原理图；
图7为本实用新型实施例所公开的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备中蓝牙模块的原理图；
图8为本实用新型实施例所公开的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备中匹配电阻切换电路的一部分原理图；
图9为本实用新型实施例所公开的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备中匹配电阻切换电路的另一部分原理图。
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，下面将结合本实用新型实施例，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作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，基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备，包括测试电路、气体容器以及底座2，所述测试电路以及待测传感器1均位于所述气体容器内且待测传感器1以及测试电路均固定在底座2上，底座2用于连接待测传感器1，方便待测传感器1进行安装与调试，操作者可根据对应待测传感器1进行选型，以更好的兼容系统。
所述气体容器采用玻璃容器，玻璃容器的上端和下端分别设有进气口和出气口，所述进气口连接进气管道，所述出气口连接排气管道。可根据具体需求进行气体的加入，从而形成动态环境，更加真实地模拟应用现场，测得的数据也更加精准。
所述测试电路包括主控模块3、电源模块4、对传感器进行加热的恒功率加热电路5、匹配电阻切换电路6以及蓝牙模块7，所述主控模块3的一个信号输出端口与恒功率加热电路5的输入端连接，恒功率加热电路5的输出端与主控模块3的采样端口连接，主控模块3的一个IO输出端口与匹配电阻切换电路6的输入端连接，匹配电阻切换电路6的输出端与待测传感器1连接。所述蓝牙模块7通过UART接口与主控模块3连接，蓝牙模块7与上位机建立蓝牙连接。电源模块4与主控模块3的供电端口连接。
具体的，主控模块3用于控制整体测试装置的运行；恒功率加热电路5用于对待测传感器1进行加热；电源模块4用于为整个设备供电；底座2用于连接待测传感器1，方便待测传感器1进行安装与调试；匹配电阻切换电路6用于待测传感器1的匹配电阻适配；蓝牙模块7用于连接上位机控制显示；气体容器用于模拟实际应用场景。上位机通过蓝牙模块7控制主控模块3，主控模块3获得相应数据后控制恒功率加热电路5产生适用于待测传感器1的加热的恒功率输出以及匹配电阻切换电路6切换为待测传感器1所需的匹配电阻，通过主控模块3的ADC采集端口获得待测传感器1两端的电压，并由蓝牙模块7将数据上传于上位机进行数据的显示、保存。
在一具体实施方式中，参照图2和图3，所述电源模块4包括交流电源输入、直流电源输入与锂电池8输入。其中，交流电源采用常用的220V交流电，通过三孔插头连接线引出；直流电源与锂电池8皆是12V DC供电，在无外部电源输入情况下，内部锂电池8可用于支撑系统连续工作20小时。电源模块4设置开关按键，开关按键用于控制整体设备电源通断，由三脚船型开关S1组成，隔断交流电与直流电，是整个电路的总开关。图2是交流220V输入转直流12V输出，图3是12V直流设置开关按键进行启停控制的电路。
在一具体实施方式中，如图4所示，所述主控模块3包括单片机、晶振电路和复位电路，所述复位电路和所述晶振电路均与所述单片机连接。所述单片机采用3.3V供电方式时，所述5V供电端经线性稳压芯片与所述单片机连接。
需要说明的是，本实施例中单片机的型号可自行选择，不同型号的单片机供电方式也不同，但一般分为5V与3.3V。若为5V，则可直接由开关电源12的5V供电端直接供电；若为3.3V，则需经过一个线性稳压芯片进行电压转换，参照图4，本实施例中采用的单片机的型号为STM32F103RCT6，晶振电路和复位电路不是本实用新型的改进点，具体结构在此不再列出，可以采用现有技术的晶振电路和复位电路。
在一具体实施方式中，恒功率加热电路5的恒功率加热方式是通过DCDC模块进行电压输出，差分运放进行电流检测。通过反馈调节方式实现恒功率加热方式，参照图5，所述恒功率加热电路5包括运放U5、二极管D17、稳压芯片U4以及滤波单元，所述运放U5的反相端与主控模块3的信号输出端口连接，运放U5的电源正端接电源VCC3V3，运放U5的电源负端接地，运放U5的输出端通过二极管D17与稳压芯片U4的第三引脚连接，稳压芯片U4的第五引脚接电源VCC12_P，稳压芯片U4的第一引脚和第六引脚通过滤波单元与主控模块3的采样端口连接，运放U5的同相端与滤波单元连接。所述滤波单元包括电容C5、电感L1、二极管D18、电阻R42、电容C6、电阻R49、电容CA1、电容C9、电阻R40、电阻R43及电容C7，滤波单元主要是对输出进行滤波，从而稳定输出，具体连接关系在此不做赘述，可参考附图5。
在一具体实施方式中，所述蓝牙模块7采用成熟的蓝牙SOC方案，通过UART接口与主控模块3相连，实施数据无线传输功能。数据有限功能采用主流的USB接口方案。UART接口电路以及蓝牙模块7的具体电路连接关系不是本实用新型的主要改进点，在此不做赘述，UART接口电路参见图6，蓝牙模块7的电路参见图7。
在一具体实施方式中，匹配电阻切换电路6的匹配电阻切换功能使用继电器进行切换。继电器切换可以进行恒功率加热电路5的隔离，实现对恒功率加热电路5的最小影响，参见图8和图9，所述匹配电阻切换电路6包括切换单元和多个不同阻值的输出单元，所述切换单元的主芯片为解码器U3，解码器U3的第一引脚至第一引脚为控制码输入端且与主控模块3的IO输出端口连接，解码器U3的第七引脚、第九引脚至第十五引脚均为输出端口，各输出端口分别连接一个输出单元；其中一个所述输出单元包括三极管Q1和开关K1，三极管Q1的基极与解码器U3的一个输出端口连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与开关K1的内部线圈连接，开关K1的内部常开触点与待测传感器1连接。解码器U3根据主控模块3的单片机发送的控制码选择对应的端口进行输出，例如，当其第十五引脚输出时，三极管Q1导通，开关K1的内部继电器线圈得电，对应的常开触点闭合，也即开关K1的第四引脚与待测传感器1接通，从而完成待测传感器1的匹配电阻的选择。
本实施例中的测试设备的工作过程为：
首先上位机通过蓝牙模块7控制主控模块3，主控模块3获得相应数据后控制恒功率加热电路5工作，产生适用于待测传感器1的加热的恒功率输出以及主控模块3控制匹配电阻切换电路6切换为待测传感器1所需的匹配电阻。
通过向气体容器中打入一定种类和浓度的气体，可以模拟出实际应用场景，通过主控模块3的ADC采集端口获得待测传感器1两端的电压，并由蓝牙模块7将数据上传于上位机进行数据的显示、保存。
以上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精神和范围。
Claims (10)
1.基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备，其特征在于，包括测试电路和气体容器，所述测试电路以及待测传感器均位于所述气体容器内，所述测试电路包括主控模块、对传感器进行加热的恒功率加热电路以及匹配电阻切换电路，所述主控模块的一个信号输出端口与恒功率加热电路的输入端连接，恒功率加热电路的输出端与主控模块的采样端口连接，主控模块的一个IO输出端口与匹配电阻切换电路的输入端连接，匹配电阻切换电路的输出端与待测传感器连接。
2.根据权利要求1所述的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备，其特征在于，所述气体容器采用玻璃容器，玻璃容器上设有进气口和出气口，所述进气口连接进气管道，所述出气口连接排气管道。
3.根据权利要求1所述的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备，其特征在于，还包括底座，所述待测传感器以及测试电路均固定在底座上，待测传感器与测试电路电连接。
4.根据权利要求1所述的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备，其特征在于，所述测试电路还包括蓝牙模块，所述主控模块通过蓝牙模块与上位机连接。
5.根据权利要求4所述的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备，其特征在于，所述测试电路还包括UART接口，所述蓝牙模块通过UART接口与主控模块连接，蓝牙模块与上位机建立蓝牙连接。
6.根据权利要求1所述的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备，其特征在于，所述测试电路还包括给整个测试设备供电的电源模块，电源模块与主控模块的供电端口连接。
7.根据权利要求6所述的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备，其特征在于，所述电源模块的输入方式为交流输入、直流输入以及锂电池输入。
8.根据权利要求1所述的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备，其特征在于，所述主控模块包括单片机、晶振电路和复位电路，所述复位电路和晶振电路均与所述单片机连接。
9.根据权利要求8所述的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备，其特征在于，所述恒功率加热电路包括运放U5、二极管D17、稳压芯片U4以及滤波单元，所述运放U5的反相端与主控模块的信号输出端口连接，运放U5的电源正端接电源VCC3V3，运放U5的电源负端接地，运放U5的输出端通过二极管D17与稳压芯片U4的第三引脚连接，稳压芯片U4的第五引脚接电源VCC12_P，稳压芯片U4的第一引脚和第六引脚通过滤波单元与主控模块的采样端口连接，运放U5的同相端与滤波单元连接。
10.根据权利要求8所述的基于蓝牙装置的MEMS传感器测试设备，其特征在于，所述匹配电阻切换电路包括切换单元和多个不同阻值的输出单元，所述切换单元的主芯片为解码器U3，解码器U3的第一引脚至第一引脚为控制码输入端且与主控模块的IO输出端口连接，解码器U3的第七引脚、第九引脚至第十五引脚均为输出端口，各输出端口分别连接一个输出单元；其中一个所述输出单元包括三极管Q1和开关K1，三极管Q1的基极与解码器U3的一个输出端口连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与开关K1的内部线圈连接，开关K1的内部常开触点与待测传感器连接。
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