本实用新型涉及设备检测的技术领域，尤其涉及一种微型检测设备。
背景技术：
微型装备在部队长期使用过程中，需要进行定期的维护保养，而在部队实际使用过程中，在对该型装备进行技术检查与测试时，需要配套的仪器设备特别多，步骤繁琐，要完成整个流程的检查与测试比较困难。传统的检测设备一般是采用积极较大的工业控制计算机进行测量与控制，这样会带来一些问题： 1.采用工业控制计算机后，检测设备的成本较高，而且体积较大，不适合部队机动携带；2.传统的检测设备一般带有键盘或鼠标，人机互动不够方便；3.传统的检测设备开发周期相对较长，而且一旦出现故障，检测设备自身的故障判断和修复时间较长。
技术实现要素：
针对上述现有技术中的不足，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种微型检测设备，能够对设备的关键信号进行采集，并能进行初步的故障诊断。
为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种微型检测设备，包括依次串联的接口电路、采样电路、接口调理电路、Arduino控制板和故障诊断系统；所述接口电路和接口调理电路之间还连接有交直流激励信号产生电路；还包括与所述Arduino控制板连接的液晶显示电路。
在本实用新型的一实施中，所述采样电路包括交流电压采样电路和直流电压采样电路，所述交流电压采样电路和直流电压采样电路的输入端和输出端分别与所述接口电路和接口调理电路连接。
进一步地，所述交流电压采样电路包括运算放大器U2、运算放大器U3、电容C1、电容C2、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19和二极管D5，其中所述电容C1的一端与所述接口电路的输出端连接，电容C1的另一端通过电阻R12与所述运算放大器U2的正相输入端连接，所述运算放大器U2的负相输入端通过电阻R14与运算放大器 U2的输出端连接，运算放大器U2的输出端通过电阻R16与运算放大器U3的正相输入端连接，运算放大器U2的负电源端连接-15V电源，运算放大器U2的正电源端连接+15V电源，所述运算放大器U2的负相输入端通过电阻R13接地，电阻R15的一端接地，电阻R15的另一端通过电阻R16与所述运算放大器U3 的正相输入端连接，运算放大器U3的负相输入端通过电阻R17接地，并通过电阻R18与运算放大器U3的输出端连接，运算放大器U3的正电源端与+12V电源连接，运算放大器U2的负电源端连接-12V电源；运算放大器U3的输出端与二极管D5的阳极连接，二极管D5的阴极通过电阻R19与所述接口调理电路的输入端连接，电容C2的一端接地，电容C2的另一端连接于二极管D5的阴极和电阻R19之间。
进一步地，所述直流电压采样电路包括电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电容C3和运算放大器U1，其中电阻R20的一端与所述接口电路的输出端连接，电阻R20的另一端通过电阻R21与运算放大器U1的正相输入端连接，电阻R22的一端连接于运算放大器U1的正相输入端与电阻R21 之间，电阻R22的另一端通过电阻R23接地，所述运算放大器U1的负相输入端与运算放大器U1的输出端连接，运算放大器U1的正电源端与+12V电源连接，运算放大器U1的负电源端连接-12V电源；运算放大器U3的输出端通过电阻R24与所述接口调理电路的输入端连接，电容C3的一端接地，电容C3的另一端与所述接口调理电路的输入端连接。
在本实用新型的一实施例中，所述交直流激励信号产生电路包括第一光电耦合器、第二光电耦合器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、NPN型三极管Q1、NPN型三极管Q2、NPN型三极管Q3、NPN型三极管Q4、NPN型三极管 Q5、NPN型三极管Q6、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，其中电阻R1的一端连接3.3V电源，电阻R1的另一端与所述第一光电耦合器的输入端连接，第一光电耦合器的输出端通过电阻R2连接+24V电源，并通过电阻R3 接地，并且第一光电耦合器的输出端与NPN型三极管Q1的基极连接，NPN型三极管Q1的集电极连接通过电阻R5与所述NPN型三极管Q2的基极连接，NPN 型三极管Q1的发射极接地；二极管D1的阴极连接于所述NPN型三极管Q1的集电极和电阻R5之间，二极管D1的阳极通过电阻R4连接+24V电源，并与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与NPN型三极管Q3的基极连接，NPN 型三极管Q3的集电极与NPN型三极管Q2的集电极连接，NPN型三极管Q4 的集电极与NPN型三极管Q5的集电极连接，电阻R6的两端分别连接于所述 NPN型三极管Q2的集电极与NPN型三极管Q4的集电极，NPN型三极管Q2 的发射极和NPN型三极管Q4的发射极相连并接于110V电源，NPN型三极管 Q3的发射极和NPN型三极管Q5的发射极相连并接地；NPN型三极管Q4的基极通过电阻R7与NPN型三极管Q6的集电极相连，NPN型三极管Q5的基极与二极管D3的阴极连接，二极管D3的阳极与二极管D4的阳极连接，电阻R8 的一端连接于所述二极管D3的阳极与二极管D4的阳极之间，电阻R8的另一端连接+24V电源，二极管D4的阴极连接于所述电阻R7和NPN型三极管Q6 的集电极之间，NPN型三极管Q6的发射极接地，电阻R9的一端连接+24电源，电阻R9的另一端连接第二光电耦合器的输出端，电阻R10的一端接地，电阻 R10的另一端连接第二光电耦合器的输出端，电阻R11的一端连接3.3V，电阻 R11的另一端连接第二光电耦合器的输入端。
实施本实用新型，具有如下有益效果：
本实用新型的微型检测设备实现Arduino控制板与PS-LCD的通信控制问题，通过屏幕显示出被检装备的信号及诊断定位的故障点。经实际测试表明，该检测设备能够可靠地完成微型装备的检测与故障诊断任务，具有硬件设计简单、结构简单紧凑，便于携带，使用方便及价格低廉等特点，对于基于Arduino 开发环境的电子检测产品设计具有较好的参考价值，能够对微型设备的关键信号进行采集，并能进行初步的故障诊断。
附图说明
图1是本实用新型提供的微型检测设备的结构框图；
图2是本实用新型提供的微型检测设备的交流电压采样电路的电路图；
图3是本实用新型提供的微型检测设备的直流电压采样电路的电路图；
图4是本实用新型提供的微型检测设备的交直流激励信号产生电路的电路图；
图5是本实用新型提供的微型检测设备的主程序流程图。
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。
参见图1，是本实用新型提供的微型检测设备的结构框图。
该微型检测设备包括依次串联的接口电路10、采样电路20、接口调理电路 30、Arduino控制板40和故障诊断系统50，所述接口电路10和接口调理电路 30之间还连接有交直流激励信号产生电路60。本实用新型的微型检测设备还包括与所述Arduino控制板40连接的液晶显示电路70。其中，Arduino是一款基于单片机系统的电子产品开发平台，它的软硬件系统都具有高度的模块化，功能扩展容易，通过组合简单的电子模块(电子积木)来实现其设计和创意。Arduino 的软件系统是完全开源的，下载使用官方的免费IDE编程环境，开发环境简洁，不要求开发者具有太多的单片机基础，便可实现与传感器、驱动模块、显示屏、电子元件等进行连接，从而实现其控制、采集、输出的功能。Arduino基于入门级的C/C++开发语言进行编程，编程门槛低，很多常用功能都已函数化处理，只需要直接调用函数或者下载使用库文件即可，易于掌握和使用。本实用新型提出了一种基于Arduino开发环境的微型检测设备的设计方案，能够对微型设备的关键信号进行采集，并能进行初步的故障诊断。
在本实用新型中，所述采样电路20包括交流电压采样电路21和直流电压采样电路22，所述交流电压采样电路21和直流电压采样电路22的输入端和输出端分别与所述接口电路10和接口调理电路30连接。如图2所示，交流电压采样电路21主要由两个运算放大器组成，前级采用的是OPA2604芯片，该芯片具有超低谐波失真、低噪声、高增益带宽等特点。后级采用的是OP07芯片，该芯片具有非常低的输入失调电压，不需要额外的调零措施，具有低失调、高开环增益的特性，最后通过二极管D5取出绝对值，送给Arduino控制板40的IO 口进行采集，具体地，所述交流电压采样电路21包括运算放大器U2、运算放大器U3、电容C1、电容C2、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19和二极管D5，其中所述电容C1的一端与所述接口电路10的输出端连接，电容C1的另一端通过电阻R12与所述运算放大器U2的正相输入端连接，所述运算放大器U2的负相输入端通过电阻R14 与运算放大器U2的输出端连接，运算放大器U2的输出端通过电阻R16与运算放大器U3的正相输入端连接，运算放大器U2的负电源端连接-15V电源，运算放大器U2的正电源端连接+15V电源，所述运算放大器U2的负相输入端通过电阻R13接地，电阻R15的一端接地，电阻R15的另一端通过电阻R16与所述运算放大器U3的正相输入端连接，运算放大器U3的负相输入端通过电阻R17 接地，并通过电阻R18与运算放大器U3的输出端连接，运算放大器U3的正电源端与+12V电源连接，运算放大器U2的负电源端连接-12V电源；运算放大器 U3的输出端与二极管D5的阳极连接，二极管D5的阴极通过电阻R19与所述接口调理电路30的输入端连接，电容C2的一端接地，电容C2的另一端连接于二极管D5的阳极和电阻R19之间。
如图3所示，直流电压采样电路22主要包括分压电路和隔离跟随电路，分压电路由R20、R21、R22、R23四个电阻组成。隔离跟随电路主要由OP07放大器组成的跟随器组成。处理后的直流信号送给控制板进行数据的采集和分析，具体地，所述直流电压采样电路22包括电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻 R23、电阻R24、电容C3和运算放大器U1，其中电阻R20的一端与所述接口电路10的输出端连接，电阻R20的另一端通过电阻R21与运算放大器U1的正相输入端连接，电阻R22的一端连接于运算放大器U1的正相输入端与电阻R21 之间，电阻R22的另一端通过电阻R23接地，所述运算放大器U1的负相输入端与运算放大器U1的输出端连接，运算放大器U1的正电源端与+12V电源连接，运算放大器U1的负电源端连接-12V电源；运算放大器U3的输出端通过电阻R24与所述接口调理电路的输入端连接，电容C3的一端接地，电容C3的另一端与所述接口调理电路30的输入端连接。
如图4所示，由Arduino控制板控制产生的50Hz的控制信号control1、 control2，控制电源模块产生的110V电源，形成由110VOUT1、110VOUT2端口输出的+110V、-110V、AC110V的电压。该电压送给被检设备，使被检设备开始正常工作。该电路采用的是Toshiba公司的光电耦合器件TLP521-2，该器件为双通道光电耦合器件，输入电流50mA，隔离电压高达2500V，可以使控制信号与负载完全隔离，确保前级电路安全，减少前后级的干扰。采用的高压开关管2N5551，是一种NPN型高反压三极管，耐压160V，最大电流0.6A，功率 0.625W，符合电路110V高压要求。所述交直流激励信号产生电路60包括第一光电耦合器、第二光电耦合器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻 R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、NPN型三极管Q1、NPN型三极管Q2、NPN型三极管Q3、NPN型三极管Q4、NPN型三极管Q5、NPN型三极管Q6、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，其中电阻R1的一端连接3.3V电源，电阻R1的另一端与所述第一光电耦合器的输入端连接，第一光电耦合器的输出端通过电阻R2连接+24V电源，并通过电阻R3接地，并且第一光电耦合器的输出端与NPN型三极管Q1的基极连接，NPN型三极管Q1的集电极连接通过电阻R5与所述NPN型三极管Q2的基极连接，NPN型三极管Q1的发射极接地；二极管D1的阴极连接于所述NPN型三极管Q1的集电极和电阻R5之间，二极管D1的阳极通过电阻R4连接+24V电源，并与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与NPN型三极管Q3的基极连接，NPN型三极管Q3的集电极与NPN型三极管Q2的集电极连接，NPN型三极管Q4的集电极与NPN型三极管Q5的集电极连接，电阻R6的两端分别连接于所述NPN型三极管Q2的集电极与NPN型三极管Q4的集电极，NPN型三极管Q2的发射极和NPN型三极管Q4的发射极相连并接于110V电源，NPN 型三极管Q3的发射极和NPN型三极管Q5的发射极相连并接地；NPN型三极管Q4的基极通过电阻R7与NPN型三极管Q6的集电极相连，NPN型三极管 Q5的基极与二极管D3的阴极连接，二极管D3的阳极与二极管D4的阳极连接，电阻R8的一端连接于所述二极管D3的阳极与二极管D4的阳极之间，电阻R8 的另一端连接+24V电源，二极管D4的阴极连接于所述电阻R7和NPN型三极管Q6的集电极之间，NPN型三极管Q6的发射极接地，电阻R9的一端连接+24 电源，电阻R9的另一端连接第二光电耦合器的输出端，电阻R10的一端接地，电阻R10的另一端连接第二光电耦合器的输出端，电阻R11的一端连接3.3V，电阻R11的另一端连接第二光电耦合器的输入端。
本实用新型采用了意大利开发的Arduino Due微控制器，Arduino Due是一块基于Atmel SAM3X8E ARM Corter-M3CPU的微控制器板。它是第一块基于 32位ARM核心的arduino，在一个时钟能处理32位的数据，比之前版本的 Arduino功能更强大。它包括：54个数字IO口(其中12个可用于PWM输出)，每一个IO口都可以作为输入输出端口，IO口工作在3.3V，如果电压超过3.3V，比如5V送到一个IO口，可能会烧了芯片；12个模拟输入口，每一路都有12 位精度，默认情况下，模拟输入精度为10位，引脚测量范围为0至3.3V；2个模拟输出通道(DAC)；4路UART硬件串口；84MHz的时钟频率；一个USB OTG接口；两路TWI；一个电源插座；一个SPI接口；一个JTAG接口；一个复位按键和一个擦写按键；84MHz的CPU时钟频率；96KBytes的SRAM；512 KBytes的Flash(所有可用的存储空间都可以直接寻址)。由于arduino due的IO 口和模拟输入口的可承载电压为3.3V，所以经过接口调理电路10产生的5V信号不能直接采集。本实用新型的检测设备通过sn74lvc4245芯片把5V的信号整形为3.3V的信号再进行采集。
本实用新型的液晶显示电路70采用了国产开发的可编程智能LCD(即 Programmable Smart LCD，简称PS-LCD)。PS-LCD是种包含LCD显示屏、LCD 控制器、触摸屏、人机界面处理系统和通讯接口于一体的智能显示模组，通过可选的通讯接口与外部控制单元(如：51单片机、ARM、DSP、PC、PLC、总线设备等)连接，实现系统的人机交互界面。传统交互界面的开发，从初始化设备到画出最终的界面，其中涉及的技术很多，什么点、线、填充、坐标、字体、图片、事件、消息等等，这么多概念都要用到，最后要实现的不过是一个简单图形或者文字的显示。而采用PS-LCD，可以直接从软件自带的控件里选，或是自己的图片，支持各种格式的图片显示，bmp、jpg、tiff、png、gif动画，极大地方便了用户对人机交互界面的开发。PS-LCD采用JavaScript的脚本语言， JavaScript是因特网上最流行的脚本语言，它存在于全世界所有Web浏览器中，能够增强用户与Web站点和Web应用程序之间的交互。本实用新型的液晶显示屏通过脚本编写实时地显示控制器采集送过来的温湿度，并进行判断。目前， PS-LCD支持两种通讯协议：CTP(Cooky Talking Protocol)协议和用户自定义 (UserDefine)协议。由于交互过程比较多，本设备采用了自定义通讯协议，可最大限度降低通讯的数据量，灵活实现界面动作。
本实用新型的检测设备的软件部分采用模块化设计，如图5所示，整体软件由主程序、交直流采样采集子程序、液晶显示控制子程序、故障诊断子程序组成。主程序是整个系统管理控制的核心，系统上电后，首先通过操作显示屏进行自检，自检合格后才能使用。选择不同的检测插座，并进行相应电缆的连接，对被检设备进行检测。对插座上各个针脚信号进行检测，最后将采集来的数据通过液晶屏显示，如果检测不合格，根据测得的信号进行故障诊断定位。采用故障树分析法对被检设备故障进行分析，按层级建立故障树，把被检设备的电路按照功能模块进行划分，对故障树进行模块化分析。根据被测信号的优先等级，把信号与划分的功能模块对应起来，通过对被检设备内部工作原理的深刻了解与分析的基础上，构建准确的故障诊断系统。使用自定义通讯协议时，在设计界面的控件动作脚本中，直接调用sysCom0.write()或者 sysCom0.writeString()函数，实现在指定触发条件下发送任意自定义数据或者字符串。在系统控件“串口0”的动作脚本里调用sysCom0.read()函数读取有效串口数据。PS-LCD根据设置好的阈值、帧头和帧尾等属性，自动接收串口数据，放入缓冲区并按指定条件触发动作脚本，执行完成数据的读取。
本实用新型的微型检测设备实现Arduino控制板与PS-LCD的通信控制问题，通过屏幕显示出被检装备的信号及诊断定位的故障点。经实际测试表明，该检测设备能够可靠地完成微型装备的检测与故障诊断任务，具有硬件设计简单、结构简单紧凑，便于携带，使用方便及价格低廉等特点，对于基于Arduino 开发环境的电子检测产品设计具有较好的参考价值，能够对微型设备的关键信号进行采集，并能进行初步的故障诊断。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本实用新型的保护范围。