一种基于移动显示终端的里氏硬度计电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于移动显示终端的里氏硬度计电路，包括里氏冲击装置探头A、音频插头、3芯线缆、数据采集及编码调制电路模块，所述数据采集及编码调制电路模块包括数据处理电路，所述的数据处理电路包括型号为MKL05Z32VFK4的U5微控制器。本实用新型具有将检测的结果通过手机终端显示，充分利用了移动终端的普遍性，提高移动终端使用率，降低单独生产里氏硬度计的成本，生产成本降低50%，并且利用该电路的调整和数据处理，自动化程度高，测量精度准确性高，误差限在3HLD以下，克服了行业中多数仅仅控制在4HLD的技术难题，利用移动终端的互联网技术，有效解决了单独的里氏硬度计网络化问题和数据备份问题的优点。
【专利说明】
—种基于移动显示终端的里氏硬度计电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及电器【技术领域】，尤其涉及一种基于移动显示终端的里氏硬度计电路。
【背景技术】
[0002]传统的里氏硬度计采用主机加冲击装置的形式构成硬度检测仪，作为一种专业仪器，这种模式沿用了几十年。但这种传统的里氏硬度计存在如下缺点:
[0003]1.显示内容不够丰富，目前的硬度计多采用低分辨率(通常是128*64) FSTN液晶点阵。虽然能够显示一些菜单和测量结果，但是如果要进行多次结果的对比分析，只能借助PC机软件在电脑上完成，这就造成了很大的不便。
[0004]2.转换表不能无限制的扩大。里氏硬度计以其便携性在工业检测中被大量应用以代替洛氏布氏等台式机进行现场、在线硬度测量，而这种代替必须有各种材料各种制式下的转换表，传统里氏硬度计的内存空间决定了这个表是受限制的。
[0005]3.数据处理能力有限。传统里氏硬度计仅仅能完成简单的测量功能和显示功能，而对大量数据的比对分析、数据统计、数据挖掘是无能为力的。
[0006]4.传统里氏硬度计大部分成本是花在了主机上，尤其是主机的非测量电路部分。测量电路的成本只占不到1/10，也就是说大部分成本是落在了它并不擅长的显示、数据处理、数据传输及其他辅助功能上面。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是针对现有技术所存在的不足之处，提供一种基于移动显示终端的里氏硬度计电路，该电路可通过安装在冲击装置，然后通过与移动终端上配套研发的APP软件结合使用，通过手机等移动终端的音频插头进行数据传输，将检测的结果通过手机终端显示，充分利用了移动终端的普遍性，提高移动终端使用率，降低单独生产里氏硬度计的成本，生产成本降低50%，并且利用该电路的调整和数据处理，自动化程度高，测量精度准确性高，误差限在3HLD以下，克服了行业中多数仅仅控制在4HLD的技术难题，利用移动终端的互联网技术，有效解决了单独的里氏硬度计网络化问题和数据备份问题。
[0008]本发明的技术解决方案是，提供如下一种基于移动显示终端的里氏硬度计电路，包括里氏冲击装置探头A、音频插头、3芯线缆、数据采集及编码调制电路模块，所述数据采集及编码调制电路模块包括数据处理电路。
[0009]作为优选，一种基于移动显示终端的里氏硬度计电路，所述的数据处理电路包括型号为MKL05Z32VFK4的U5微控制器，所述U5微控制器包括1?24号、共计24个接线脚；其中所述U5微控制器的3号接线脚为VDD VREFH端，3号接线脚接有D3.3V电源，3号接线脚还接有电容C25，电容C25的另一端接地。
[0010]作为优选，所述U5微控制器的5号接线脚为PTA3/EXTAL0端，6号接线脚为PTA4/LLWU_P0/XTAL0端，5号接线脚和6号接线脚之间通过电阻R5相连接，且电阻R5上并联有晶振X2，晶振X2的两侧分别通过电容C31和电容C32接地。[0011 ] 作为优选，所述U5微控制器的13号接线脚为PTB1/IRQ_9端，14号接线脚为PTB2/IRQ_10/LLWU_P5端，15号为PTA8端，13号、14号和15号接线脚上接有里氏硬度计调理电路模块M1，所述里氏硬度计调理电路模块Ml上设有5个接线脚，13号接线脚与里氏硬度计调理电路模块Ml上的I号接线脚Detect_Insert端相连接，14号接线脚与里氏硬度计调理电路模块Ml上的2号接线脚Signal端相连接，15号接线脚与里氏硬度计调理电路模块Ml上的3号接线脚VREF端相连接，里氏硬度计调理电路模块Ml上还设有4号接线脚+3.3V电源端和5号接线脚接地端。
[0012]作为优选，所述U5微控制器的17号接线脚为PTB3/IRQ_14端，接有STK_TX端，STK_TX端后接有电阻R11，电阻Rll后并联接有电容C8的一端和电容C9的一端，电容C9的另一端接地，电容C8的另一端接有电阻R12的一端，电阻R12的另一端接地，电容C8和电阻R12之间还接有MIC端。
[0013]作为优选，所述U5微控制器的18号接线脚为PTB4/IRQ_15/LLWU_P6端，接有STK_RX端后接有电容C5的一端，电容C5的另一端接有LEFT端，STK_RX端后还接有电阻R9的一端，电阻R9的另一端接有D3.3V电源，STK_RX端后还接有电阻RlO的一端，电阻RlO的另一端接地。
[0014]作为优选，所述U5微控制器的22号接线脚为PTA0/IRQ_0/LLWU_P7/SWD_CLK端，且22号接线脚接SWD_CLK端。
[0015]作为优选，所述U5微控制器的23号接线脚为PTAl/IRQ_l/RESET_b端，23号接线脚后接nRESET端，nRESET端后接有电阻R41的一端，电阻R41的另一端接有D3.3V电源，nRESET端后还接有电容C41的一端，电容C41的另一端接地。
[0016]作为优选，所述U5微控制器的16号接线脚为PTA9端，接有P0WER_EN端；P0WER_EN端后接有供电电路，所述供电电路为P0WER_EN端后接有电阻R7的一端，电阻R7的另一端接有电容C21的一端，电容C21的另一端接地，电阻R7的另一端还接有D3.3V电源，电阻R7的另一端接有电容C3，电容C3为有极性电容，正极一侧与电阻R7相连接，电容C3负极一侧接地，电阻R7的另一端还接有电阻R24的一端，电阻R24的另一端接有电阻R23的一端，电阻R23的另一端接地，电阻R7的另一端还接有二极管D20的一端，二极管D20的另一端接有电感LI ；
[0017]还包括型号为TPS61040DBV的U4控制器，U4控制器的SW端与二极管D20的正极端相连接，U4控制器的GND端接地，电阻R24的另一端与U4控制器的FB端相连接，电感LI后与U4控制器的Vin端和U4控制器的En端相连接，电感LI后还接有电容C30，电容C30为有极性电容，正极一侧与电感LI相连接，电容C30的负极一侧接地，电感LI后还接有纽扣电池P3 ；
[0018]P0WER_EN端后还接有型号为SI2323DS的场效应管，场效应管的G端接P0WER_EN端，场效应管的D端接+3.3V电源，场效应管的S端接D3.3V电源，场效应管的D端还接有二极管VQ5，二极管VQ5后与场效应管的S端相连接。
[0019]作为优选，所述U5微控制器的I号接线脚为PTB6/IRQ_2端，且I号接线脚空置；2号接线脚为PTB7/IRQ_3端，且2号接线脚空置；4号接线脚为VREFL VSS端，4号接线脚接地；7号接线脚为PTA5/LLWU_P1/RTC_CLKIN端，且7号接线脚空置；8号接线脚为PTA6/LLWU_P2端，且8号接线脚空置；9号接线脚为PTBlO端，且9号接线脚空置；10号接线脚为PTBll端，且10号接线脚空置；11号接线脚为PTA7/IRQ_7/LLWU_P3端，且11号接线脚空置；12号接线脚为PTB0/IRQ_8/LLWU_P4端，且12号接线脚空置；19号接线脚为PTB5/IRQ_16端，且19号接线脚空置；20号接线脚为PTA12/IRQ_17端，且20号接线脚空置；21号接线脚为PTB13端，且21号接线脚空置。
[0020]采用本技术方案的有益效果:该电路可置于冲击装置中，用户只需采购装有该电路的冲击装置，并在移动终端上下载免费的APP软件就可以使用，降低了仪器成本，提高了仪器性能，强大的数据处理能力、数据转储能力、数据传输能力，增强了仪器便携性，一根冲击装置只需要一个简单的包装就可以携带，到现场不需要用沉重的仪器箱。
[0021]此外，该冲击装置中的电路具有较高的调节作用，利用手机APP软件对冲击装置中电路上的单片机进行数据的分析、显示、保存和网络输送等，精度高，数据处理快速。
[0022]经试验验证，采用本发明的基于移动显示终端的里氏硬度计电路的测厚仪测量涂层厚度，其测量误差不超过被测涂层厚度的±0.01%，测量精度高，性能可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明数据处理电路的连接示意图。
[0024]图2为图1中P0WER_EN端后的电路连接示意图；
[0025]图3为图3为本发明的工作原理图框图。
【具体实施方式】
[0026]为便于说明，下面结合附图，对发明的基于移动显示终端的里氏硬度计电路做详细说明。
[0027]如图1至图3中所示，一种基于移动显示终端的里氏硬度计电路，包括里氏冲击装置探头A、音频插头、3芯线缆、数据采集及编码调制电路模块。
[0028]所述数据采集及编码调制电路模块包括数据处理电路，所述的数据处理电路包括型号为MKL05Z32VFK4的U5微控制器，所述U5微控制器包括I?24号、共计24个接线脚；
[0029]I号接线脚为PTB6/IRQ_2端，且I号接线脚空置；
[0030]2号接线脚为PTB7/IRQ_3端，且2号接线脚空置；
[0031]3号接线脚为VDD VREHl端，3号接线脚接有D3.3V电源，3号接线脚还接有电容C25，电容C25的另一端接地；
[0032]4号接线脚为VREFL VSS端，4号接线脚接地；
[0033]5号接线脚为PTA3/EXTAL0端，6号接线脚为PTA4/LLWU_P0/XTAL0端，5号接线脚和6号接线脚之间通过电阻R5相连接，且电阻R5上并联有晶振X2，晶振X2的两侧分别通过电容C31和电容C32接地；
[0034]7号接线脚为PTA5/LLWU_P1/RTC_CLKIN端，且7号接线脚空置；
[0035]8号接线脚为PTA6/LLWU_P2端，且8号接线脚空置；
[0036]9号接线脚为PTBlO端，且9号接线脚空置；
[0037]10号接线脚为PTBll端，且10号接线脚空置；
[0038]11号接线脚为PTA7/IRQ_7/LLWU_P3端，且11号接线脚空置；
[0039]12号接线脚为PTB0/IRQ_8/LLWU_P4端，且12号接线脚空置；
[0040]13 号接线脚为 PTB1/IRQ_9 端，14 号接线脚为 PTB2/IRQ_10/LLWU_P5 端，15 号为PTA8端，13号、14号和15号接线脚上接有里氏硬度计探头识别和信号放大电路模块Ml，里氏硬度计调理电路模块M1，里氏硬度计调理电路模块Ml上设有5个接线脚，
[0041]13号接线脚与里氏硬度计调理电路模块Ml上的I号接线脚DetectJnsert端相连接，14号接线脚与里氏硬度计调理电路模块Ml上的2号接线脚Signal端相连接，15号接线脚与里氏硬度计调理电路模块Ml上的3号接线脚VREF端相连接，里氏硬度计调理电路模块Ml上还设有4号接线脚+3.3V电源端和5号接线脚接地端；
[0042]16号接线脚为PTA9端，接有P0WER_EN端；
[0043]还包括供电电路，所述供电电路为P0WER_EN端后接有电阻R7的一端，电阻R7的另一端接有电容C21的一端，电容C21的另一端接地，电阻R7的另一端还接有D3.3V电源，电阻R7的另一端接有电容C3的一端，电容C3为有极性电容，正极一侧与电阻R7相连接，电容C3负极一侧接地，电阻R7的另一端还接有电阻R24的一端，电阻R24的另一端接有电阻R23的一端，电阻R23的另一端接地，电阻R7的另一端还接有二极管D20的一端，二极管D20的另一端接有电感LI ；
[0044]还包括型号为TPS61040DBV的U4控制器，U4控制器的SW端与二极管D20的正极端相连接，U4控制器的GND端接地，电阻R24的另一端与U4控制器的FB端相连接，电感LI后与U4控制器的Vin端和U4控制器的En端相连接，电感LI后还接有电容C30的一端，电容C30为有极性电容，正极一侧与电感LI相连接，电容C30负极一侧接地，电感LI后还接有纽扣电池P3 ；
[0045]P0WER_EN端后还接有型号为SI2323DS的场效应管，场效应管的G端接P0WER_EN端，场效应管的D端接+3.3V电源，场效应管的S端接D3.3V电源，场效应管的D端还接有二极管VQ5，二极管VQ5后与场效应管的S端相连接；
[0046]17号接线脚为PTB3/IRQ_14端，接有STK_TX端，STK_TX端后接有电阻R11，电阻Rll后并联接有电容C8的一端和电容C9的一端，电容C9的另一端接地，电容C8的另一端接有电阻R12的一端，电阻R12的另一端接地，电容C8和电阻R12之间还接有MIC端；
[0047]18号接线脚为PTB4/IRQ_15/LLWU_P6端，接有STK_RX端后接有电容C5的一端，电容C5的另一端接有LEFT端，STK_RX端后还接有电阻R9的一端，电阻R9的另一端接有D3.3V电源，STK_RX端后还接有电阻RlO的一端，电阻RlO的另一端接地；
[0048]19号接线脚为PTB5/IRQ_16端，且19号接线脚空置；
[0049]20号接线脚为PTA12/IRQ_17端，且20号接线脚空置；
[0050]21号接线脚为PTB13端，且21号接线脚空置；
[0051 ] 22 号接线脚为 PTA0/IRQ_0/LLWU_P7/SWD_CLK 端，且 22 号接线脚接 SWD_CLK 端；
[0052]23号接线脚为PTAl/IRQ_l/RESET_b端，23号接线脚后接nRESET端，nRESET端后接有电阻R41的一端，电阻R41的另一端接有D3.3V电源，nRESET端后还接有电容C41的一端，电容C41的另一端后接地。
[0053]所述电阻R7=100K Ω，电容 C21=0.1uF,电容 C3=10uF，电阻 R24=200K Ω，电阻R23=120KQ，二极管 D20 为 MBR0530 型，电感 Ll=1uH,电容 C30=4.7uF,电阻 R12=1KQ ,电容 C8=10uF，电阻 Rl I=1K Ω，电容 C9=4.7nF,电容 C5=0.1uF,电阻 R9=500KQ，电阻 R10=500ΚΩ ,电容C41=lUf，电阻R41=10KQ，电容C25=0.1uF,电阻R5=1MQ，晶振X2= 32.768MHz,电容 C31=5.6pF,电容 C32=5.6pF。
[0054]本发明要点之一是特制冲击装置的研制，其二是在移动终端上开发配套的APP软件。
[0055]而冲击装置的关键也在于电路的设计上，该特制冲击装置包括3.5_音频插头，3芯线缆，数据采集及编码调制电路模块1，冲击装置探头，电路模块因为其体积小，既可以集成在冲击装置探头内部，也可集成在音频电缆线上(类似于随身听的线控端子)，根据音频电缆线总长度大约为1.5m。
[0056]本发明的工作原理是，信号调理模块对冲击装置探头A输出的信号进行放大和滤波，然后输入到单片机B内进行数据采集，单片机根据通信协议将采集到的数据进行调制，调制成音频信号，通过音频线C发动到移动终端。在移动终端上运行的APP软件对单片机B发送来的结果进行数据处理、显示、保存等操作。
[0057]此外，本发明的另一个关键是在于电路模块I的微型化，即尽量减小器体积，为此电路搭建采用如下器件:仪表放大器采用AD623ARM(RM8封装)，运算放大器采用0PA2340EA(MS0P8封装)，单片机采用MKL05Z32VFK4 (QFN24封装)，晶振采用2520封装，阻容器件除精密度要求比较高的电阻其余均采用0402封装。
[0058]电池供电，由于本发明功耗很低，本实施例优选采用纽扣电池供电，Ml是里氏硬度计的调理电路模块，这种调理电路有很多种形式，但其基本组成是运算放大器或者仪表放大器与阻容期间的组合，在本发明中，认为是公知电路，因而不再示出细节。
[0059]P3为3V纽扣电池，电压低落的时候也应在2.3V以上，而本发明所用到的微控制器工作电压可以在1.8V-3.6V之间。RIGHT是3.5mm音频口的右声道输出，来自移动终端APP(比如手机)，该信号可以对微控制器进行复位，复位后，APP通过LEFT向微控制器U5发送启动工作的指令，此时微控制器U5的程序根据指令使能SHUTDOWN和P0WER_EN，SHUTDOWN高电平时，TPS61040升压，输出稳定的D3.3V，而这个稳定的D3.3V既可以作为微控制器U5的A/D转换电路的参考电压，又可在P0WER_EN拉低的情况下给调理电路Ml供电，Ml工作后输出三路模拟信号输入到U5的13，14，15脚，这三个引脚均为A/D转换通道，可以在程序控制下完成里氏硬度测量，测量完之后，U5对测量结果进行编码通过17脚发送给移动终端的 APP。
[0060]当不需要进行测量时，电路需要进入待机状态，其过程是:微控制器U5检测到APP长时间不发送测量指令之后，把SHUTDOWN置为低电平，此时TPS61040停止升压，此时测试点TPl的电压接近于电池电压，但仍可供应微控制器U5工作。微处理器程序拉高P0WER_EN(U5的16脚)，停止对Ml供电，此时相当于电池只给未处理器和几个电阻(1?9，1?10，1?23，R24)供电。微控制器U5的待机电流可以降到2 μ A左右，R9，R1, R23，R24消耗电流不超过3 μ A，U4典型Shutdown电流为I μ Α,因此在待机状态下，总电流大约在6 μ A，这种功耗可以允许整个系统待机运行I年以上(假定电池电量50mA)。因此不需要使用开关机电路。
[0061]经试验验证，利用该电路保证了测厚仪测量涂层厚度的准确性，其测量误差不超过被测涂层厚度的±0.01%，测量精度高，性能可靠，提高了测厚仪的使用寿命及稳定性，待机和长达一年，有效提高测厚仪的使用性能。
[0062]在上述实施例中，对本发明的最佳实施方式做了描述，很显然，在本发明的发明构思下，仍可做出很多变化。在此，应该说明，在本发明的发明构思下所做出的任何改变都将落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于移动显示终端的里氏硬度计电路，其特征是:包括里氏冲击装置探头A、音频插头、3芯线缆、数据采集及编码调制电路模块，所述数据采集及编码调制电路模块包括数据处理电路，所述的数据处理电路包括型号为MKL05Z32VFK4的U5微控制器，所述U5微控制器包括I?24号、共计24个接线脚；其中所述U5微控制器的3号接线脚为VDD VREFH端，3号接线脚接有D3.3V电源，3号接线脚还接有电容C25，电容C25的另一端接地，所述U5微控制器的5号接线脚为PTA3/EXTAL0端，6号接线脚为PTA4/LLWU_P0/XTAL0端，5号接线脚和6号接线脚之间通过电阻R5相连接，且电阻R5上并联有晶振X2，晶振X2的两侧分别通过电容C31和电容C32接地。
2.根据权利要求1所述的基于移动显示终端的里氏硬度计电路，其特征是:所述U5微控制器的13号接线脚为PTB1/IRQ_9端，14号接线脚为PTB2/IRQ_10/LLWU_P5端，15号为PTA8端，13号、14号和15号接线脚上接有里氏硬度计调理电路模块M1，所述里氏硬度计调理电路模块Ml上设有5个接线脚，13号接线脚与里氏硬度计调理电路模块Ml上的I号接线脚Detect_Insert端相连接，14号接线脚与里氏硬度计调理电路模块Ml上的2号接线脚Signal端相连接，15号接线脚与里氏硬度计调理电路模块Ml上的3号接线脚VREF端相连接，里氏硬度计调理电路模块Ml上还设有4号接线脚+3.3V电源端和5号接线脚接地端。
3.根据权利要求2所述的基于移动显示终端的里氏硬度计电路，其特征是:所述U5微控制器的17号接线脚为PTB3/IRQ_14端，接有STK_TX端，STK_TX端后接有电阻RlI，电阻Rll后并联接有电容C8的一端和电容C9的一端，电容C9的另一端接地，电容C8的另一端接有电阻R12的一端，电阻R12的另一端接地，电容C8和电阻R12之间还接有MIC端。
4.根据权利要求3所述的基于移动显示终端的里氏硬度计电路，其特征是:所述U5微控制器的18号接线脚为PTB4/IRQ_15/LLWU_P6端，接有STK_RX端后接有电容C5的一端，电容C5的另一端接有LEFT端，STK_RX端后还接有电阻R9的一端，电阻R9的另一端接有D3.3V电源，STK_RX端后还接有电阻RlO的一端，电阻RlO的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的基于移动显示终端的里氏硬度计电路，其特征是:所述U5微控制器的22号接线脚为PTA0/IRQ_0/LLWU_P7/SWD_CLK端，且22号接线脚接SWD_CLK端。
6.根据权利要求5所述的基于移动显示终端的里氏硬度计电路，其特征是:所述U5微控制器的23号接线脚为PTAl/IRQ_l/RESET_b端，23号接线脚后接nRESET端，nRESET端后接有电阻R41的一端，电阻R41的另一端接有D3.3V电源，nRESET端后还接有电容C41的一端，电容C41的另一端接地。
7.根据权利要求6所述的基于移动显示终端的里氏硬度计电路，其特征是:所述U5微控制器的16号接线脚为PTA9端，接有POWER_EN端；POWER_EN端后接有供电电路，所述供电电路为POWER_EN端后接有电阻R7的一端，电阻R7的另一端接有电容C21的一端，电容C21的另一端接地，电阻R7的另一端还接有D3.3V电源，电阻R7的另一端接有电容C3，电容C3为有极性电容，正极一侧与电阻R7相连接，电容C3负极一侧接地，电阻R7的另一端还接有电阻R24的一端，电阻R24的另一端接有电阻R23的一端，电阻R23的另一端接地，电阻R7的另一端还接有二极管D20的一端，二极管D20的另一端接有电感LI ； 还包括型号为TPS61040DBV的U4控制器，U4控制器的SW端与二极管D20的正极端相连接，U4控制器的GND端接地，电阻R24的另一端与U4控制器的FB端相连接，电感LI后与U4控制器的Vin端和U4控制器的En端相连接，电感LI后还接有电容C30，电容C30为有极性电容，正极一侧与电感LI相连接，电容C30的负极一侧接地，电感LI后还接有纽扣电池P3 ； POWER_EN端后还接有型号为SI2323DS的场效应管，场效应管的G端接POWER_EN端，场效应管的D端接+3.3V电源，场效应管的S端接D3.3V电源，场效应管的D端还接有二极管VQ5, 二极管VQ5后与场效应管的S端相连接。
8.根据权利要求7所述的基于移动显示终端的里氏硬度计电路，其特征是:所述U5微控制器的I号接线脚为PTB6/IRQ_2端，且I号接线脚空置； 2号接线脚为PTB7/IRQ_3端，且2号接线脚空置； 4号接线脚为VREFL VSS端，4号接线脚接地； 7号接线脚为PTA5/LLWU_P1/RTC_CLKIN端，且7号接线脚空置； 8号接线脚为PTA6/LLWU_P2端，且8号接线脚空置； 9号接线脚为PTBlO端，且9号接线脚空置； 10号接线脚为PTBll端，且10号接线脚空置； 11号接线脚为PTA7/IRQ_7/LLWU_P3端，且11号接线脚空置； 12号接线脚为PTB0/IRQ_8/LLWU_P4端，且12号接线脚空置； 19号接线脚为PTB5/IRQ_16端，且19号接线脚空置； 20号接线脚为PTA12/IRQ_17端，且20号接线脚空置； 21号接线脚为PTB13端，且21号接线脚空置。
【文档编号】G01N3/02GK204154568SQ201420563846
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】杨庆德, 尹建华, 孙学赟 申请人:山东中科普锐检测技术有限公司