一种基于移动显示终端的涡流型涂层测厚仪电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于移动显示终端的铁磁型涂层测厚仪电路，包括N型涂层探头、音频插头、3芯线缆、数据采集及编码调制电路�？椋媚？榘ㄊ荽淼缏罚荽淼缏钒║5微控制器，U5微控制器共计24个接线脚；其中U5微控制器的1号接线脚为PTB6/IRQ_2端，且1号接线脚接N1端，其后接有电容C10，电容C10后接有Timer计时�？镻N1。本发明具有提高移动终端使用效率，降低仪器成本，是普通检测仪成本的4成，测量更加准确，测量精度高，将目前该行业中难以攻克的检测误差的从±3%缩小至±1%，自动化程度更高，解决了仪器的网络化问题，数据备份问题，寿命提升2.5倍，体积缩小到传统测厚仪的1/6。
【专利说明】一种基于移动显示终端的涡流型涂层测厚仪电路
【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涡流型涂层测厚仪电路。
【背景技术】
[0002]传统的涂层测厚仪采用主机加涂层探头的形式构成涂层厚度检测仪，作为一种专业仪器，这种模式沿用了几十年。但这种传统的涂层测厚仪存在如下缺点:
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。
[0003]2、较难实现复杂的温度补偿算法。由于涂层探头基本都是靠线圈作为主要的敏感部件，由于存在着分布电阻，而使得涂层探头受温度的影响较大，尤其是手温对探头的影响常常影响测量结果到无法让人接受的地步，而采用传统的单片做温度补偿，从运算速度和运算深度来讲都是比较吃力的。
[0004]3、数据处理能力有限。传统涂层测厚仪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。
[0005]4、传统涂层测厚仪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1/8，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】
[0006]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涡流型涂层测厚仪电路，利用手机等移动终端强大的数据处理能力和显示功能实现大量数据的数据处理和数据挖掘，并可以有美观、方便的显示功能，充分利用移动终端的普遍性就，提高移动终端使用效率，降低仪器成本，是普通检测仪成本的4成，采用这种模式，单片机可以除了数据采集和数据编码几乎没有其他的任务，因此其测量速度和精度都是传统的涂层测厚电路无法比拟的，因而使得测量更加准确，测量精度高，将目前该行业中难以攻克的检测误差的从±3%缩小至±1%，自动化程度更高，解决了仪器的网络化问题，数据备份问题，体积�。倜ぃ捎谟玫缌康偷纫蛩兀渲糜懈玫缏返募觳庖鞘倜嵘�
2.5倍，体积缩小到传统测厚仪的1/6，便于携带。
[0007]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铁磁型涂层测厚仪电路，其特征是:包括N型涂层探头、音频插头、3芯线缆、数据采集及编码调制电路�？椋鍪莶杉氨嗦氲髦频缏纺？榘ㄊ荽淼缏贰�
[0008]作为优选，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I号接线脚为PTB6/IRQ_2端，且I号接线脚接NI端，NI端后接有电容C10，电容ClO后接有Timer计时�？镻Nl，PNl上有三个接线脚，电容ClO与PNl的2号脚相连接，PNl的I号接线脚接有+3.3V电源，PNl的3号接线脚接地，NI点后还接有电阻R3，电阻R3后接地，NI后还接有电阻R4，电阻R4后接+3.3V电源。
[0009]作为优�。鯱5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�。鯱5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�。鯱5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和电容C9，电容C9后接地，电容C8后接有电阻R12，电阻R12后接地，电容C8和电阻Rl2之间还接有MIC端。
[0012]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，电容C5后接有LEFT端，STK_RX端后还接有电阻R9，电阻R9后接有D3.3V电源，STK_RX端后还接有电阻R10，电阻RlO后接地。
[0013]作为优�。鯱5微控制器的16号接线脚为PTA9端，接有P0WER_EN端；所述P0WER_EN端后接有供电电路，为P0WER_EN端后接有电阻R7，电阻R7后接有电容C21，电容C21后接地，电阻R7后还接有D3.3V电源，电阻R7后接有电容C3，电容C3为有极性电容，正极一侧与电阻R7相连接，电容C3后接地，电阻R7后还接有电阻R24，电阻R24后接有有电阻R23，电阻R23后接地，电阻R7后还接有二极管D20，二极管D20后接有电感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后与U4控制器的FB端相连接，电感LI后与U4控制器的Vin端相连接，U4控制器的En端接SHUTDOWN端，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后接地，电感LI后还接有纽扣电池P3 ；
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，电阻R7后还接有TPl端。
[0014]作为优�。鯱5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，电阻R41后接有D3.3V电源，nRESET端后还接有电容C41，电容C41后接地，nRESET端后还接有电容C6，电容C6后接RIGHT端。
[0015]作为优�。鯱5微控制器的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，12号接线脚接SHUTDOWN端；13号接线脚为PTB1/IRQ_9端，且13号接线脚空置；14号接线脚为PTB2/IRQ_10/LLWU_P5端，且14号接线脚空置；15号为PTA8端，且15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；22号接线脚为PTA0/IRQ_0/LLWU_P7/SWD_CLK端，且22号接线脚接SWD_CLK端。
[0016]采用本技术方案的有益效果:该电路可置于N型涂层探头中，用户只需采购装有该电路的N型涂层探头，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。
[0017]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。
[0018]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。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明涡流型数据处理部分电路图。
[0020]图2为图1中P0WER_EN端后的电源部分电路图。
[0021]图3为本发明的涂层测厚仪的工作原理图框图。
【具体实施方式】
[0022]为便于说明，下面结合附图，对发明的基于移动显示终端的涡流型涂层测厚仪电路做详细说明。
[0023]如图1至图3中所示，一种基于移动显示终端的涡流型涂层测厚仪电路，包括N型涂层探头、音频插头、3芯线缆、数据采集及编码调制电路�？椤�
[0024]所述数据采集及编码调制电路模块包括数据处理电路。
[0025]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；
I号接线脚为PTB6/IRQ_2端，且I号接线脚接NI端，
还包括计时电路，该电路与I号接线脚PTB6/IRQ_2端连接的NI端连接，NI端后接有电容C10，电容ClO后接有Timer计时�？镻Nl，PNl上有三个接线脚，电容ClO与PNl的2号脚相连接，PNl的I号接线脚接有+3.3V电源，PNl的3号接线脚接地，NI点后还接有电阻R3，电阻R3后接地，NI后还接有电阻R4，电阻R4后接+3.3V电源；
2号接线脚为PTB7/IRQ_3端，且2号接线脚空置；
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；
4号接线脚为VREFL VSS端，4号接线脚接地；
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；
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，12号接线脚接SHUTDOWN端；
13号接线脚为PTB1/IRQ_9端，且13号接线脚空置；
14号接线脚为PTB2/IRQ_10/LLWU_P5端，且14号接线脚空置；
15号为PTA8端，且15号接线脚空置；
16号接线脚为PTA9端，接有P0WER_EN端。
[0026]还包括供电电路，所述供电电路为P0WER_EN端后接有电阻R7，电阻R7后接有电容C21，电容C21后接地，电阻R7后还接有D3.3V电源，电阻R7后接有电容C3，电容C3为有极性电容，正极一侧与电阻R7相连接，电容C3后接地，电阻R7后还接有电阻R24，电阻R24后接有有电阻R23，电阻R23后接地，电阻R7后还接有二极管D20，二极管D20后接有电感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后与U4控制器的FB端相连接，电感LI后与U4控制器的Vin端相连接，U4控制器的En端接SHUTDOWN端，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后接地，电感LI后还接有纽扣电池P3 ；
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，电阻R7后还接有TPl端；
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和电容C9，电容C9后接地，电容C8后接有电阻R12，电阻R12后接地，电容C8和电阻R12之间还接有MIC端；
18号接线脚为PTB4/IRQ_15/LLWU_P6端，接有STK_RX端后接有电容C5，电容C5后接有LEFT端，STK_RX端后还接有电阻R9，电阻R9后接有D3.3V电源，STK_RX端后还接有电阻R10，电阻RlO后接地；
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；
22号接线脚为PTA0/IRQ_0/LLWU_P7/SWD_CLK端，且22号接线脚接SWD_CLK端；
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，电阻R41后接有D3.3V电源，nRESET端后还接有电容C41，电容C41后接地，nRESET端后还接有电容C6，电容C6后接RIGHT端。
[0027]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 C6=0.1uF,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,电容 ClO=I uF,电阻 R4=100KQ ,电阻R3=100KQ 0
[0028]本发明要点之一是特制N型涂层探头的研制，其二是在移动终端上开发配套的APP软件，而N型涂层探头的关键也在于电路的设计上，该特制冲击装置包括3.5mm音频插头，3芯线缆，数据采集及编码调制电路�？�1，冲击装置探头，电路�？橐蛭涮寤。瓤梢约稍诔寤髯爸锰酵纺诓浚部杉稍谝羝档缋孪呱�(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。
[0029]本发明的工作原理是，N型探头A输出的信号经过一个电容和两个电阻组成的电路进行电平转换，然后输入到微控制器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D。在移动终端上运行的APP软件对微控制器B发送来的结果进行数据处理，显示，保存等操作。
[0030]本发明的关键是在于电路�？榈牧�、微型化、低功耗设计。首先尽量减小器件体积，为此电路搭建采用如下器件:微处理器采用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。
[0031]N型涂层探头(传感器)由于其频率较高，调理电路(振荡电路)一般被植入紧靠线圈的传感器端部，输出一个与工件厚度相关的频率信号NI，这个频率信号输入到微处理器中，在通过厚度频率之间的对应关系就可以计算出涂层的厚度。
[0032]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。
[0033]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3.3V，P0WER_EN被拉低后，Ml上电工作，输出一路频率信号NI输入到U5的I脚，这个管脚对应微处理器的Timer计时�？椋梢圆饬啃藕臢I的频率。运用实现植入的频率和涂层厚度之间的对应关系，可以计算出涂层厚度。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。
[0034]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微处理器和几个电阻(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2年以上(因为电路板尺寸较小可以允许使用容量稍微大一点的电池，假定电池电量10mAh),因此不需要使用开关机电路。
[0035]经试验验证，采用本发明的基于移动显示终端的涡流型涂层测厚仪电路测量涂层厚度，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。
[0036]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铁磁型涂层测厚仪电路，其特征是:包括N型涂层探头、音频插头、3芯线缆、数据采集及编码调制电路�？椋鍪莶杉氨嗦氲髦频缏纺？榘ㄊ荽淼缏�。
2.根据权利要求2所述的基于移动显示终端的铁磁型涂层测厚仪电路，其特征是: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I号接线脚为PTB6/IRQ_2端，且I号接线脚接NI端，NI端后接有电容C10，电容ClO后接有Timer计时�？镻Nl，PNl上有三个接线脚，电容ClO与PNl的2号脚相连接，PNl的I号接线脚接有+3.3V电源，PNl的3号接线脚接地，NI点后还接有电阻R3，电阻R3后接地，NI后还接有电阻R4，电阻R4后接+3.3V电源。
3.根据权利要求2所述的基于移动显示终端的铁磁型涂层测厚仪电路，其特征是: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。
4.根据权利要求2所述的基于移动显示终端的铁磁型涂层测厚仪电路，其特征是: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。
5.根据权利要求2所述的基于移动显示终端的铁磁型涂层测厚仪电路，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RH,电阻Rll后并联接有电容C8和电容C9，电容C9后接地，电容C8后接有电阻R12，电阻R12后接地，电容C8和电阻R12之间还接有MIC端。
6.根据权利要求2所述的基于移动显示终端的铁磁型涂层测厚仪电路，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，电容C5后接有LEFT端，STK_RX端后还接有电阻R9，电阻R9后接有D3.3V电源，STK_RX端后还接有电阻R10，电阻RlO后接地。
7.根据权利要求2所述的基于移动显示终端的铁磁型涂层测厚仪电路，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；所述POWER_EN端后接有供电电路，为POWER_EN端后接有电阻R7，电阻R7后接有电容C21，电容C21后接地，电阻R7后还接有D3.3V电源，电阻R7后接有电容C3，电容C3为有极性电容，正极一侧与电阻R7相连接，电容C3后接地，电阻R7后还接有电阻R24，电阻R24后接有有电阻R23，电阻R23后接地，电阻R7后还接有二极管D20，二极管D20后接有电感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后与U4控制器的FB端相连接，电感LI后与U4控制器的Vin端相连接，U4控制器的En端接SHUTDOWN端，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后接地，电感LI后还接有纽扣电池P3 ； 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，电阻R7后还接有TPl端。
8.根据权利要求2所述的基于移动显示终端的铁磁型涂层测厚仪电路，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，电阻R41后接有D3.3V电源，nRESET端后还接有电容C41，电容C41后接地，nRESET端后还接有电容C6，电容C6后接RIGHT端。
9.根据权利要求2所述的基于移动显示终端的铁磁型涂层测厚仪电路，其特征是:所述U5微控制器的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，12号接线脚接SHUTDOWN端； 13号接线脚为PTB1/IRQ_9端，且13号接线脚空置； 14号接线脚为PTB2/IRQ_10/LLWU_P5端，且14号接线脚空置； 15号为PTA8端，且15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； 22号接线脚为PTA0/IRQ_0/LLWU_P7/SWD_CLK端，且22号接线脚接SWD_CLK端。
【文档编号】G01B7/06GK104482852SQ201410507712
【公开日】2015年4月1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, 刘宇 申请人:山东中科普锐检测技术有限公司
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