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CN106153200B - 便携式黑体标定仪 - Google Patents

便携式黑体标定仪 Download PDF

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CN106153200B CN201610637479.9A CN201610637479A CN106153200B CN 106153200 B CN106153200 B CN 106153200B CN 201610637479 A CN201610637479 A CN 201610637479A CN 106153200 B CN106153200 B CN 106153200B
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刘永超
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李清峰
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Abstract

便携式黑体标定仪。本发明涉及一种便携式黑体标定仪。控制按键将信息通过四路通用输入输出接口传递给控制板，控制板包括系统电路、温度采集电路、加热驱动电路模块与充放电电路，系统电路与模块通过异步串行通讯总线双向传递信号，系统电路将信号通过一路通用输入输出接口传递给加热驱动电路，加热驱动电路将输出信号传递给加热及温控装置，加热及温控装置将信号分别传递给温度采集电路与黑体，温度采集电路通过将信号传递给系统电路，系统电路将信号通过异步串行通讯总线传递给显示屏，充放电电路接收锂聚合物电池的电压信号。本发明用于黑体标定仪。

Description

便携式黑体标定仪
技术领域
本发明涉及一种便携式黑体标定仪。
背景技术
受限于当前电子制造工艺水平限制，电子元件在成品下线出厂后不可避免会造成个体的微小差异，运行一段时间后，受到器件老化、环境温度变化、运行电磁环境改变等诸多因素影响，其精度及准确度将发生不可预知的改变，列车红外线轴温探测装置所使用的红外线温度传感器元件同样是敏感器件，其特性改变后将会影响车辆运行安全，为了纠正这种改变，达到规定要求的精度及准确度，在规定时间内使用定标仪对传感器定标加以校准，原有定标仪体积巨大，220VAC供电，使用时需拖拽电源线盘进行供电定标时，需2人分别位于室内及室外配合完成工作十分不方便。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式黑体标定仪，用以解决上述问题，缩小现有定标黑体尺寸，使其方便持握；内置可充电电池摆脱电源线的束缚，用户通过面板上的按键完成设置温度工作，或通过无线WIFI模块控制上位机进行定标相关操作，彩色液晶显示屏LCD可显示预设温度及实时黑体温度信息，也可显示WIFI连接相关信息，高稳定度的黑体热源为定标提供均匀，稳定的热源输出，确保定标值精确。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
有益效果：
1.本发明采用小体积设计，设计融合内置锂聚合物电池供电,彩色液晶屏显示，高精度温控装置，高性能MCU控制，WIFI无线通信等模块.一人完成顶标工作，单手可持握定标续航时间长达80min，方便维护人员进行室外定标工作，缩短室外作业时间，缩减维护人员数量，提高工作效率。
2.本发明打破加热装置大电流，低效率的禁锢，采用新型及缩小化的薄膜加热器，使用基于闭环控制的PWM驱动加热电路，降低工作功耗，为便携式设计提供技术基础。
3.本发明采用高能量密度的锂聚合物电池为设备长时间续航能力提供强大保障。
4.本发明友善的人机界面，为现场操作提供方便，减少使用者适应设备时间，保证用户上手即会，十分具有亲和力。
5.本发明的无线WIFI控制可依据信息界面设置完成对上位机的无线控制及数据交换，现场1人即可完成定标工作，零等待输出结果，直观高效。
6.本发明的层级式温度控制细化不同温度下加热控制算法，提高温度稳定性及准确性，保障定标结果准确可靠。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是本发明的MCU系统电路图。
附图3是本发明的温度采集电路图。
附图4是本发明充放电电路图A。
附图5是本发明充放电电路图B。
附图6是本发明充放电电路图C。
附图7是本发明充放电电路图D。
附图8是本发明充放电电路图E。
附图9是本发明的自动模式工作流程图。
附图10是本发明的无人模式工作流程图。
具体实施方式：
实施例1
一种便携式黑体标定仪，其组成包括：控制按键KEYS、显示屏LCD，所述的控制按键KEYS将信息通过四路通用输入输出接口GPIO/4传递给控制板Ctrl，所述的控制板Ctrl包括MCU系统电路、温度采集电路TCC、加热驱动电路HDV、WIFI模块与充放电电路CHR，所述的MCU系统电路与WIFI模块通过异步串行通讯总线UART2双向传递信号，所述的MCU系统电路将信号通过一路通用输入输出接口GPIO/1传递给加热驱动电路HDV，所述的加热驱动电路HDV将输出PWM信号传递给加热及温控装置HEATER，所述的加热及温控装置HEATER将信号分别传递给温度采集电路TCC与黑体BLB，所述的温度采集电路TCC通过ADC将信号传递给MCU系统电路，所述的MCU系统电路将信号通过异步串行通讯总线UART1传递给显示屏LCD，所述的充放电电路CHR接收锂聚合物电池Li-BAT的电压信号。
MCU系统电路作为发明的核心，全局控制定标仪的工作。通过异步串行通讯总线UART1控制LCD进行显示，发送串口指令控制LCD显示相关控件及控件内的字符或数字；MCU系统电路通过GPIO读取按键KEYS状态，按键KEYS作为用户输入渠道可输入预设温度；WIFI模块连接信息等还可通过定标仪对上位机进行相关无线操作；MCU系统电路通过主循环轮询的方式进行状态扫描读取，获得用户控制状态从而对定标仪做出相应指示。MCU系统电路通过异步串行通讯总线UART2向WIFI模块发送指令对WIFI模块进行设置，设置完成后WIFI模块进入串口透传模式，MCU系统电路可直接发送上位机报文与上位机进行信息交互及控制；MCU系统电路通过ADC读取黑体温度数据，通过GPIO输出PWM信号控制加热驱动电路带动加热及温控装置完成稳定的加热操作；充放电电路一方面控制锂聚合物电池降压为控制板供电，一方面通过壳体接口与充电器连接对电池进行充电。
实施例2
实施例1所述的便携式黑体标定仪，所述的MCU系统电路包括ARM嵌入式处理器，所述的ARM嵌入式处理器IC3的1号引脚并联二极管D3的一端与二极管D4的一端，所述的二极管D4的另一端并联输入电压电压基准芯片V3.3、电阻R43的一端、电容C23的一端与ARM嵌入式处理器IC3的64号引脚，所述的电容C23的另一端并联ARM嵌入式处理器IC3的63号引脚后接地；
所述的二极管D3的另一端串联直流电池DC后并联电容C27的一端、电容C26的一端、电容C24的一端、电容C28的一端与电容C25的一端，所述的电容C24的另一端并联电阻R43的另一端与ARM嵌入式处理器IC3的7号引脚RESET端；
所述的电容C27的另一端并联ARM嵌入式处理器IC3的4号引脚与晶体谐振器Y2的一端，所述的电容C28的另一端并联ARM嵌入式处理器IC3的3号引脚与晶体谐振器Y2的另一端；
所述的C26的另一端并联晶体谐振器Y1的一端、电阻R44的一端与ARM嵌入式处理器IC3的5号引脚，所述的C25的另一端并联晶体谐振器Y1的另一端、电阻R44的另一端与ARM嵌入式处理器IC3的6号引脚；
所述的ARM嵌入式处理器IC3的12号引脚与13号引脚之间串联电容C29；
所述的所述的ARM嵌入式处理器IC3的18号引脚与19号引脚之间串联电容C30；
所述的ARM嵌入式处理器IC3的31号引脚与32号引脚之间串联电容C31；
所述的ARM嵌入式处理器IC3的47号引脚与48号引脚之间串联电容C32。
实施例3
实施例1所述的便携式黑体标定仪，所述的温度采集电路TCC包括黑体温度传感器CN3，所述的黑体温度传感器CN3的3号引脚接地，所述的黑体温度传感器CN3的1号引脚并联电阻R15的一端、电阻R19的一端与电容C14的一端，所述的电阻R15的另一端并联电阻R16的一端、电阻R13的一端、电阻R12的一端与电压基准芯片V3的K引脚，所述的电阻R13的另一端并联电阻R14的一端与电压基准芯片V3的R引脚，所述的电阻R14的另一端连接电压基准芯片V3的A引脚与接地端，所述的电阻R12的另一端连接电压端+5V；
所述的黑体温度传感器CN3的2号引脚连接电阻R17的一端，所述的电阻R17的另一端并联电阻R16的另一端、电阻R18的一端与电容C15的一端，所述的电容C15的另一端并联电容C14的另一端与电阻R20的一端，所述的电阻R20的另一端并联运算放大器IC1的2IN+引脚与电阻R19的另一端，所述的电阻R18的另一端连接运算放大器IC1的2IN-引脚，所述的运算放大器IC1的2OUT引脚连接电阻R22的一端，所述的电阻R22的另一端并联电容C17的一端、二极管V4的一端与ARM嵌入式处理器IC3的9号引脚模数转换器ADCC11，所述的电容C17的另一端与二极管V4的另一端并联后接地，所述的运算放大器IC1并联电阻R21，所述的电阻R21并联电容C16。
实施例4
实施例1所述的便携式黑体标定仪，所述的充放电电路CHR包括连接ARM嵌入式处理器IC3的10号引脚模数转换器ADCC12，所述的模数转换器ADCC12并联电容C20的一端、二极管V5的一端与电阻R29的一端，所述的电容C20的另一端与二极管V5的另一端并联后接地，所述的电阻R29的另一端并联运算放大器IC2的2IN+引脚与运算放大器IC2的1OUT引脚，所述的运算放大器IC2的2IN-引脚串联电阻R28后并联运算放大器IC2的2OUT引脚与电阻R27的一端，所述的电阻R27的另一端连接运算放大器IC2的1IN-引脚，所述的运算放大器IC2的1IN+引脚连接电阻R26的一端，所述的电阻R26的另一端并联电阻R25的一端、电阻R24的一端与电容C18的一端，所述的电容C17的另一端并联电阻R25的另一端后接地，所述的电阻R24的另一端串联电阻R23后连接电压端+24V；
ARM嵌入式处理器IC3的37号引脚PTcharge串联电阻R30后并联电阻R31与三极管Q1的基极b，所述的三极管Q1的发射极e接地，所述的三极管Q1的集电极c并联二极管D1的一端与KC线圈的一端，所述的二极管D1的另一端与KC线圈的另一端并联后连接电阻R32，所述电阻R32连接锂电池的电压端+24V；
所述的锂电池的一个充电端串联电容器FU1的一端，所述的电容器FU的另一端连接开关后再连接第二充电端；
所述的ARM嵌入式处理器IC3的22号引脚T3PWM1串联电阻R33后连接光电耦合器IC4中二极管的一端，所述的光电耦合器IC4中二极管的另一端并联电阻R34的一端与N沟道场效应管Q2的源极S，所述的电阻R34的另一端并联N沟道场效应管Q2的栅极G与光电耦合器IC4中三极管的发射极e，所述的光电耦合器IC4中三极管的集电极c连接电压端+15V，所述的N沟道场效应管Q2的漏极D串联熔断器FU2后连接锂电池的OUT端。
实施例5
实施例1所述的便携式黑体标定仪，所述的ARM嵌入式处理器IC3的型号是STM32。
实施例6
实施例1所述的便携式黑体标定仪，所述的运算放大器IC1与运算放大器IC2的型号均是TLC272。
实施例7
实施例1所述的便携式黑体标定仪，所述的光电耦合器IC4的型号是TLP127。
实施例8
实施例1所述的便携式黑体标定仪，所述的电压基准芯片V3的型号是TL431。
实施例9
实施例1所述的便携式黑体标定仪的工作模式，包括自动模式、手动模式与无人模式，所述的自动模式包括以下步骤：
步骤S101：自动模式界面；
步骤S102：在自动模式界面按下“设置温度”的按钮；
步骤S103：在设置温度界面按上、下、左、右按钮设置预设温度“个十百位”数值；
步骤S104：预设温度设置好之后按下返回按钮保存设置并返回自动模式界面；
步骤S105：在自动模式界面按下“开始加热”按钮；
步骤S106：加热及温控装置对黑体加热；
步骤S107：设置在黑体上的温度传感器感应黑体与预设温度值是否相等？（绝对差值在规定范围内）；
步骤S108：如果温差大则返回步骤S106；如果黑体与预设温度值相等则进行下一步骤；
步骤S109：如果黑体与预设温度值相等，则按下“开始定标”的按钮；
步骤S110：定标；
步骤S111：按下“完成定标”的按钮；
步骤S112：定标完成后向上位机发送定标后结果；
步骤S113：向上位机发送完定标结果，按下“确认”按钮。
实施例10
实施例9所述的无人模式包括以下步骤：
步骤S201：无人模式界面；
步骤S202：在无人模式界面按下“开始”按钮；
步骤S203：定标仪（下位机）向探测站主机（上位机）发送“开始定标报文”；
步骤S204：发送“开始定标报文”后，自动查询“信息报文”；
步骤S205：按照“信息报文”内容判断信息类型；
步骤S206：如果“信息报文”内容包含停止信息则返回步骤S201；如果“信息报文”内容包含阶段信息则进行下一步骤；
步骤S207：按“信息报文”内容设置阶段数及预设温度值；
步骤S208：设置完阶段数及预设温度值后，开使加热；
步骤S209：加热完成；
步骤S210：加热完成后发送“开门指令报文”；
步骤S211：发送“开门指令报文”后延时5s发送“关门指令报文”（ 关门指令报文包含黑体温度）；
步骤S212：发送“关门指令报文”后返回步骤S205。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种便携式黑体标定仪，其组成包括：控制按键KEYS、显示屏LCD，其特征是：所述的控制按键KEYS将信息通过四路通用输入输出接口GPIO/4传递给控制板Ctrl，所述的控制板Ctrl包括MCU系统电路、温度采集电路TCC、加热驱动电路HDV、WIFI模块与充放电电路CHR，所述的MCU系统电路与WIFI模块通过异步串行通讯总线UART2双向传递信号，所述的MCU系统电路将信号通过一路通用输入输出接口GPIO/1传递给加热驱动电路HDV，所述的加热驱动电路HDV将输出PWM信号传递给加热及温控装置HEATER，所述的加热及温控装置HEATER将信号分别传递给温度采集电路TCC与黑体BLB，所述的温度采集电路TCC通过ADC将信号传递给MCU系统电路，所述的MCU系统电路将信号通过异步串行通讯总线UART1传递给显示屏LCD，所述的充放电电路CHR接收锂聚合物电池Li-BAT的电压信号；
所述的MCU系统电路包括ARM嵌入式处理器，所述的ARM嵌入式处理器IC3的1号引脚并联二极管D3的一端与二极管D4的一端，所述的二极管D4的另一端并联电压基准芯片V3.3、电阻R43的一端、电容C23的一端与ARM嵌入式处理器IC3的64号引脚，所述的电容C23的另一端并联ARM嵌入式处理器IC3的63号引脚后接地；
所述的二极管D3的另一端串联直流电池DC后并联电容C27的一端、电容C26的一端、电容C24的一端、电容C28的一端与电容C25的一端，所述的电容C24的另一端并联电阻R43的另一端与ARM嵌入式处理器IC3的7号引脚RESET端；
所述的电容C27的另一端并联ARM嵌入式处理器IC3的4号引脚与晶体谐振器Y2的一端，所述的电容C28的另一端并联ARM嵌入式处理器IC3的3号引脚与晶体谐振器Y2的另一端；
所述的C26的另一端并联晶体谐振器Y1的一端、电阻R44的一端与ARM嵌入式处理器IC3的5号引脚，所述的C25的另一端并联晶体谐振器Y1的另一端、电阻R44的另一端与ARM嵌入式处理器IC3的6号引脚；
所述的ARM嵌入式处理器IC3的12号引脚与13号引脚之间串联电容C29；
所述的所述的ARM嵌入式处理器IC3的18号引脚与19号引脚之间串联电容C30；
所述的ARM嵌入式处理器IC3的31号引脚与32号引脚之间串联电容C31；
所述的ARM嵌入式处理器IC3的47号引脚与48号引脚之间串联电容C32。
2.根据权利要求1所述的便携式黑体标定仪，其特征是：所述的温度采集电路TCC包括黑体温度传感器CN3，所述的黑体温度传感器CN3的3号引脚接地，所述的黑体温度传感器CN3的1号引脚并联电阻R15的一端、电阻R19的一端与电容C14的一端，所述的电阻R15的另一端并联电阻R16的一端、电阻R13的一端、电阻R12的一端与电压基准芯片V3的K引脚，所述的电阻R13的另一端并联电阻R14的一端与电压基准芯片V3的R引脚，所述的电阻R14的另一端连接电压基准芯片V3的A引脚与接地端，所述的电阻R12的另一端连接电压端+5V；
所述的黑体温度传感器CN3的2号引脚连接电阻R17的一端，所述的电阻R17的另一端并联电阻R16的另一端、电阻R18的一端与电容C15的一端，所述的电容C15的另一端并联电容C14的另一端与电阻R20的一端，所述的电阻R20的另一端并联运算放大器IC1的2IN+引脚与电阻R19的另一端，所述的电阻R18的另一端连接运算放大器IC1的2IN-引脚，所述的运算放大器IC1的2OUT引脚连接电阻R22的一端，所述的电阻R22的另一端并联电容C17的一端、二极管V4的一端与ARM嵌入式处理器IC3的9号引脚模数转换器ADC11，所述的电容C17的另一端与二极管V4的另一端并联后接地，所述的运算放大器IC1并联电阻R21，所述的电阻R21并联电容C16。
3.根据权利要求2所述的便携式黑体标定仪，其特征是：所述的充放电电路CHR包括连接ARM嵌入式处理器IC3的10号引脚模数转换器ADC12，所述的模数转换器ADC12并联电容C20的一端、二极管V5的一端与电阻R29的一端，所述的电容C20的另一端与二极管V5的另一端并联后接地，所述的电阻R29的另一端并联运算放大器IC2的2IN+引脚与运算放大器IC2的1OUT引脚，所述的运算放大器IC2的2IN-引脚串联电阻R28后并联运算放大器IC2的2OUT引脚与电阻R27的一端，所述的电阻R27的另一端连接运算放大器IC2的1IN-引脚，所述的运算放大器IC2的1IN+引脚连接电阻R26的一端，所述的电阻R26的另一端并联电阻R25的一端、电阻R24的一端与电容C18的一端，所述的电容C17的另一端并联电阻R25的另一端后接地，所述的电阻R24的另一端串联电阻R23后连接电压端+24V；
ARM嵌入式处理器IC3的37号引脚PTcharge串联电阻R30后并联电阻R31与三极管Q1的基极b，所述的三极管Q1的发射极e接地，所述的三极管Q1的集电极c并联二极管D1的一端与KC线圈的一端，所述的二极管D1的另一端与KC线圈的另一端并联后连接电阻R32，所述电阻R32连接锂聚合物电池的电压端+24V；
所述的锂聚合物电池的一个充电端串联电容器FU1的一端，所述的电容器FU1的另一端连接开关后再连接第二充电端；
所述的ARM嵌入式处理器IC3的22号引脚T3PWM1串联电阻R33后连接光电耦合器IC4中二极管的一端，所述的光电耦合器IC4中二极管的另一端并联电阻R34的一端与N沟道场效应管Q2的源极S，所述的电阻R34的另一端并联N沟道场效应管Q2的栅极G与光电耦合器IC4中三极管的发射极e，所述的光电耦合器IC4中三极管的集电极c连接电压端+15V，所述的N沟道场效应管Q2的漏极D串联熔断器FU2后连接锂聚合物电池的OUT端。
4.根据权利要求1所述的便携式黑体标定仪，其特征是：所述的ARM嵌入式处理器IC3的型号是STM32。
5.根据权利要求2或3所述的便携式黑体标定仪，其特征是：所述的运算放大器IC1与运算放大器IC2的型号均是TLC272。
6.根据权利要求3所述的便携式黑体标定仪，其特征是：所述的光电耦合器IC4的型号是TLP127。
7.根据权利要求1所述的便携式黑体标定仪，其特征是：所述的电压基准芯片V3.3的型号是TL431。
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