低功耗便携式光学应力监测设备的制作方法
【专利摘要】低功耗便携式光学应力监测设备。本实用新型其组成包括：外壳（3），外壳内安装有线性电源电路（5），线性电源电路分别与控制电路（6）、嵌入式主机（4）、光纤光栅调节仪（2）连接，光纤光栅调节仪与一组光纤光栅传感器（1）连接，控制电路与嵌入式主机连接，嵌入式主机与光纤光栅调节仪连接，控制电路具有线性电源电路，线性电源电路分别与继电器电路（7）、驱动电路（8）、电平转换电路（9）、核心芯片电路（10）、RS232电平转换电路（11）连接，核心芯片电路安装有温度传感器（12），核心芯片电路与电平转换电路连接，电平转换电路与驱动电路连接，驱动电路与继电器电路连接。本实用新型用于光学应力检测的硬件设备。
【专利说明】低功耗便携式光学应力监测设备
[0001]【技术领域】:
[0002]本实用新型涉及一种低功耗便携式光学应力监测设备，具体涉及一种低功耗便携式光学应力监测硬件设备。
[0003]【背景技术】:
[0004]目前航空、航天、核工程、化工和动力工程中很多机械、设备处于高温或低温下工作，除了解决材料本身的高低温强度问题外，还迫切需要进行模型或材料在热(冷)态工况下的应力测量，特别是在高温或恶劣环境中，能够获得被测物体表面或内部应力的变化情况，通过多个位置应力变化值的共同分析计算，测出物体整体的应力变化情况。但以往应力检测设备的具有以下几几点缺点:其一，传统的应力检测设备耗能高，上电后需要调试，所采用的单片机指令效率低下；其二，传统的应力检测设备受到中低频干扰信号降低了测量数据的准确性，采用的电子器件不能克服低温和高温的工作环境；
[0005]其三，传统的应力检测设备只能够解决应力变化值和温度值的问题。
[0006]实用新型内容:
[0007]本实用新型的目的是提供一种低功耗便携式光学应力监测设备，具体提供一种低功耗便携式光学应力监测硬件设备。
[0008]上述的目的通过以下的技术方案实现:
[0009]一种低功耗便携式光学应力监测设备，其组成包括:外壳，所述的外壳内安装有线性电源电路，所述的线性电源电路分别与控制电路、嵌入式主机、光纤光栅调节仪连接，所述的光纤光栅调节仪与一组光纤光栅传感器连接，所述的控制电路与嵌入式主机连接，所述的嵌入式主机与光纤光栅调节仪连接，所述的控制电路具有线性电源电路，所述的线性电源电路分别与继电器电路、驱动电路、电平转换电路、核心芯片电路、RS232电平转换电路连接，所述的核心芯片电路安装有温度传感器，所述的核心芯片电路与所述的电平转换电路连接，所述的电平转换电路与所述的驱动电路连接，所述的驱动电路与所述的继电器电路连接。
[0010]所述的低功耗便携式光学应力监测设备，所述的线性电源电路的3.3v电源输出端与所述的核心芯片电路R6电阻、STM32F103RET6微控制器的NRST引脚连接，电容C2与STM32F103RET6微控制器的NRST引脚、接地端GND连接，电阻R16分别与接地端GND、STM32F103RET6微控制器Β00Τ0引脚连接，电阻R17与接地端GND、STM32F103RET6微控制器B00T1引脚连接，晶振Xl —个引脚与电容Cl、电阻R1、STM32F103RET6微控制器0SC_IN/PDO引脚连接，所述的晶振Xl另一个引脚与电容C5、电阻R1、STM32F103RET6微控制器0SC_0UT/PD1引脚连接，所述的晶振X2 —个引脚与STM32F103RET6微控制器PC14_0SC32_IN引脚连接，所述晶振X2另一端与STM32F103RET6微控制器PC15-0SC32_0UT引脚连接，边界扫描集成电路中J13插件的I号引脚与接地端GDN连接，所述的边界扫描集成电路中J13插件的2号引脚通过上拉电阻R9与STM32F103RET6微控制器SWCLK引脚连接，所述的扫描集成电路中J13插件的3号引脚通过上拉电阻R12与STM32F103RET6微控制器SWD1引脚连接，所述的边界扫描集成电路中J13插件的4号引脚通过O欧电阻R8与线性电源电路的3.3v电源输出端连接。
[0011]所述的低功耗便携式光学应力监测设备，所述的线性电源电路具有5v电压输入端及3.3v电源输出端，所述的3.3v电源输出端与旁路电容C31和电容C33连接，所述的旁路电容C31和所述的电容C33与接地端GND连接，所述的5V电压输出端与旁路电容C24和电容C27连接，电容C27与线性稳压器REG1117-3.3连接，所述的线性稳压器REG1117-3.3与旁路电容C31连接。
[0012]所述的低功耗便携式光学应力监测设备，所述的电平转换电路具有SN74LVC4245高度集成电平转换电路，所述的SN74LVC4245高度集成电平转换电路VCCA引脚与电容C22连接，所述的电容C22与+5V电源连接，电容C29与SN74LVC4245高度集成电平转换电路的VCCB引脚连接。
[0013]所述的低功耗便携式光学应力监测设备，所述的驱动电路具有一组ULN2003芯片，所述的ULN2003芯片的OUTl引脚与JQX-113M继电器U3连接，所述的ULN2003芯片的0UT2引脚与JQX-113M继电器U4连接，所述的ULN2003芯片的0UT3引脚与JQX-113M继电器U9连接。
[0014]所述的低功耗便携式光学应力监测设备，所述的STM32F103RET6微控制器PD2引脚与温度感应器DS18b20的DQ引脚连接，所述的温度感应器DS18b20的VDD引脚和+3V电源与电阻R14连接，所述的电阻R14与DQ引脚连接。
[0015]所述的低功耗便携式光学应力监测设备，所述的RS232电平转换电路具有收发器SP3232EEN，所述的收发器SP3232EEN分别与RS232 I接口、RS232 2接口连接，所述的收发器SP3232EEN的Cl+引脚和Cl-引脚通过电容C3连接，所述的收发器SP3232EEN的C2+引脚和C2-引脚通过电容C4连接。
[0016]本实用新型的有益效果:
[0017]1、本实用新型的核心芯片电路采用STM32F103RET6微处理器，采用Cortex_M3内核，是目前最先进的高性能、低功耗微处理器，指令效率为1.25DMips/MHz，而普通单片机
0.lDMips/MHz，性能高出十几倍，STM32工作72MHz时消耗36mA (所有外设处于工作状态)，功耗非常低；采用的电阻R6和电容C2构成微控制器STM32的复位电路，该电路可以保证微控制器STM32上电瞬间保持正确的状态；采用的晶振Xl的一个脚连接电容Cl、电阻R1、STM32F103RET6微控制器的0SC_IN/PD0引脚，晶振Xl的另外一个脚连接电容C5、电阻R1、STM32F103RET6微控制器的0SC_0UT/PD1引脚，构成主晶体振荡电路，为微控制器工作提供不可缺少的高速时钟源；采用的晶振X2 —端连接STM32F103RET6微控制器的PC14_0SC32_IN的、另一端连接连接STM32F103RET6微控制器的PC15_0SC32_0UT引脚，构成微控制器的低速时钟源；采用的边界扫描集成电路中J13插件和电阻R8、电阻R9、电阻R12构成微控制器的仿真、下载接口，通过此接口可以调试微控制器的代码。
[0018]、本实用新型的线性电源电路的输入电压5V和输出电压3.3V，输入电压和输入电压压差不大，自身发热量�。月返缛軨31和C33能够有效的滤除电路中低频干扰信号；所述的SN74LVC4245高度集成电平转换电路有8路双向10，每路最大提供24mA的驱动能力，工作温度为-40°C?85°C ；ULN2003芯片是由达林顿管构成的高集成度驱动芯片，内部集成续流二极管，有7个通道，每个通道最大可提供500mA的吸收电流能力，工作温度为-40°C?85°C ；SP3232芯片具有稳定性好、市场保有量大等优点；综上所述的所有的电器元件工作温度为_40°C?85°C能够克服低温和高温的工作环境。
[0019]、本实用新型采用的光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、耐久性好、准分布式传感、绝对测量、尺寸小、灵敏度高、精度高、频带宽、信噪比高等优点，可以直接或间接(通过某种封装或灵巧装置)监测应变、温度、裂缝、位移、振动、腐蚀、应力等物理量，解决了以往的传感器只能单一的解决应力变化值和温度值的问题。
[0020]、本实用新型采用的光纤光栅解调仪具有4路光通道、每个光通道最多能够连接25个光纤光栅传感器、扫描速度为lOOS/s、光通道输出能力为_3dBm、数据接口采用标准的Ethernet (TCP/IP)接口，工作功耗20W，IP65防护等级，该设备体积小巧、功耗适中，具有非�：玫姆阑つ芰�。
[0021]、本实用新型采的嵌入式主机采用嵌入式主板为主流、低功耗的嵌入式PC104主板，基于 Intel? AtomD525 的 CPU (1.8G 双核)，板载 2GB DDR3 800MHz SDRAM，I 个 VGA接口、I个单通道LVDS接口、2个10/100/1000 BaseT网络接口、I个SATA 3GB/s的硬盘接口、4个USB2.0接口、6路串口、8路GP1接口，功耗为15W，体积90X98mm，工作温度为-40°C?85°C，具有集成度高、速度快、体积小、功耗低，非常适合便携式且需要大量运算的环境。
[0022]【专利附图】
【附图说明】:
[0023]附图1是本实用新型的结构示意图。
[0024]附图2是控制电路结构框图。
[0025]附图3是核心芯片电路图。
[0026]附图4是线性电源电路图。
[0027]附图5是电平转换电路图。
[0028]附图6是驱动电路图。
[0029]附图7是JQX-113M继电器U3的结构示意图。
[0030]附图8是JQX-113M继电器U4的结构示意图。
[0031]附图9是JQX-113M继电器U9的结构示意图。
[0032]附图10是温度传感器电路图。
[0033]附图11是RS232电平转换电路图。
[0034]各图中相同标号的线路之间，具有连接关系。
[0035]【具体实施方式】:
[0036]实施例1:
[0037]—种低功耗便携式光学应力监测设备，其组成包括:外壳3，外壳内安装有线性电源电路5，线性电源电路分别与控制电路6、嵌入式主机4、光纤光栅调节仪2连接，光纤光栅调节仪与一组光纤光栅传感器I连接，控制电路与嵌入式主机连接，嵌入式主机与光纤光栅调节仪连接，控制电路具有线性电源电路，线性电源电路分别与继电器电路7、驱动电路
8、电平转换电路9、核心芯片电路10、RS232电平转换电路11连接，核心芯片电路安装有温度传感器12，核心芯片电路与电平转换电路连接，电平转换电路与驱动电路连接，驱动电路与继电器电路连接。
[0038]实施例2:
[0039]根据实施例1所述的低功耗便携式光学应力监测设备，所述的线性电源电路的3.3v电源输出端与所述的核心芯片电路R6电阻、STM32F103RET6微控制器的NRST引脚连接，电容C2与STM32F103RET6微控制器的NRST引脚、接地端GND连接，电阻R16分别与接地端GND、STM32F103RET6微控制器BOOTO引脚连接，电阻R17与接地端GND、STM32F103RET6微控制器B00T1引脚连接，晶振Xl —个引脚与电容Cl、电阻Rl、STM32F103RET6微控制器0SC_IN/PD0引脚连接，所述的晶振Xl另一个引脚与电容C5、电阻Rl、STM32F103RET6微控制器0SC_0UT/PD1引脚连接，晶振X2 —个引脚与STM32F103RET6微控制器PC14_0SC32_IN引脚连接，所述晶振X2另一端与STM32F103RET6微控制器PC15-0SC32_0UT引脚连接，边界扫描集成电路中J13插件的I号引脚与接地端GDN连接，所述的边界扫描集成电路中J13插件的2号引脚通过上拉电阻R9与STM32F103RET6微控制器SWCLK引脚连接，所述的扫描集成电路中J13插件的3号引脚通过上拉电阻R12与STM32F103RET6微控制器SWD1引脚连接，所述的边界扫描集成电路中J13插件的4号引脚通过O欧电阻R8与线性电源电路的
3.3v电源输出端连接。
[0040]实施例3:
[0041]根据实施例1或2所述的低功耗便携式光学应力监测设备，所述的线性电源电路具有5v电压输入端及3.3v电源输出端，所述的3.3v电源输出端与旁路电容C31和电容C33连接，所述的旁路电容C31和所述的电容C33与接地端GND连接，所述的5V电压输出端与旁路电容C24和电容C27连接，电容C27与线性稳压器REG1117-3.3连接，所述的线性稳压器REG1117-3.3与旁路电容C31连接。
[0042]实施例4:
[0043]根据实施例1-3之一所述的低功耗便携式光学应力监测设备，所述的电平转换电路具有SN74LVC4245高度集成电平转换电路，所述的SN74LVC4245高度集成电平转换电路VCCA引脚与电容C22连接，所述的电容C22与+5V电源连接，电容C29与SN74LVC4245高度集成电平转换电路的VCCB引脚连接。
[0044]实施例5:
[0045]根据实施例1-4之一所述的低功耗便携式光学应力监测设备，所述的驱动电路具有一组ULN2003芯片，所述的ULN2003芯片的OUTl引脚与JQX-113M继电器U3连接，所述的ULN2003芯片的0UT2引脚与JQX-113M继电器U4连接，所述的ULN2003芯片的0UT3引脚与JQX-113M继电器U9连接。
[0046]实施例6:
[0047]根据实施例1-5之一所述的低功耗便携式光学应力监测设备，所述的STM32F103RET6微控制器PD2引脚与温度感应器DS18b20的DQ引脚连接，所述的温度感应器DS18b20的VDD引脚和+3V电源与电阻R14连接，所述的电阻R14与DQ引脚连接。
[0048]实施例7:
[0049]根据实施例1-6之一所述的低功耗便携式光学应力监测设备，所述的RS232电平转换电路具有收发器SP3232EEN，所述的收发器SP3232EEN分别与RS232 I接口、RS232 2接口连接，所述的收发器SP3232EEN的Cl+引脚和Cl-引脚通过电容C3连接，所述的收发器SP3232EEN的C2+引脚和C2-引脚通过电容C4连接。
[0050]实施例8:
[0051]根据实施例1-7之一所述的低功耗便携式光学应力监测设备，所述的STM32F103RET6微控制器在上电后，等待系统开机按键的信号，接受到信号后，所述的STM32F103RET6微控制器延迟500ms，打开所述的光纤光栅解调仪电源、嵌入式PC104主板电源、液晶屏的电源；所述的的嵌入式主机自动运行，通过以太网接口配置光纤光栅解调仪，通过液晶屏显示相关测量值，当出现测量值超过预测量值时，嵌入式主机通过所述的RS232电平转换电路中的RS232 I接口和RS232 2接口把测量值发送到控制电路，所述的电平转换电路及驱动电路控制蜂鸣器和发光二极管，此时按下所述的核心芯片电路中的REST键，所述的STM32F103RET6微控制器接受到信号，关闭蜂咛器和发光二极管，所述的RS232电平转换电路传输给嵌入式主机。
[0052]实施例9:
[0053]根据实施例1-8之一所述的低功耗便携式光学应力监测设备，所述的低功耗便携式光学应力监测设备的开机按键关闭，当按下开机按键且保持4S，控制电路中的微控制器STM32F103RET6认为这是正确的关机命令，所述的STM32F103RET6微控制器通过RS232电平转换电路通知到嵌入式主机关机，所述的STM32F103RET6微控制器开始计时，当计时达到60s时，切断嵌入式主机电源、触摸屏电源、光纤光栅调节仪电源，TM32F103RET6微控制器关闭蜂鸣器、发光二极管，STM32F103RET6微控制器进入休眠模式，实现开机按键关闭。
【权利要求】
1.一种低功耗便携式光学应力监测设备，其组成包括:外壳，其特征是:所述的外壳内安装有线性电源电路，所述的线性电源电路分别与控制电路、嵌入式主机、光纤光栅调节仪连接，所述的光纤光栅调节仪与一组光纤光栅传感器连接，所述的控制电路与嵌入式主机连接，所述的嵌入式主机与光纤光栅调节仪连接，所述的控制电路具有线性电源电路，所述的线性电源电路分别与继电器电路、驱动电路、电平转换电路、核心芯片电路、RS232电平转换电路连接，所述的核心芯片电路安装有温度传感器，所述的核心芯片电路与所述的电平转换电路连接，所述的电平转换电路与所述的驱动电路连接，所述的驱动电路与所述的继电器电路连接。
2.根据权利要求1所述的低功耗便携式光学应力监测设备，其特征是:所述的线性电源电路的3.3v电源输出端与所述的核心芯片电路R6电阻、STM32F103RET6微控制器的NRST引脚连接，电容C2与STM32F103RET6微控制器的NRST引脚、接地端GND连接，电阻R16分别与接地端GND、STM32F103RET6微控制器BOOTO引脚连接，电阻R17与接地端GND、STM32F103RET6微控制器B00T1引脚连接，晶振Xl —个引脚与电容Cl、电阻R1、STM32F103RET6微控制器0SC_IN/PD0引脚连接，所述的晶振Xl另一个引脚与电容C5、电阻RU STM32F103RET6 微控制器 0SC_0UT/PD1 引脚连接，晶振 X2 —个引脚与 STM32F103RET6微控制器PC14-0SC32_IN引脚连接，所述晶振X2另一端与STM32F103RET6微控制器PC15-0SC32_0UT引脚连接，边界扫描集成电路中J13插件的I号引脚与接地端⑶N连接，所述的边界扫描集成电路中J13插件的2号引脚通过上拉电阻R9与STM32F103RET6微控制器SWCLK引脚连接，所述的扫描集成电路中J13插件的3号引脚通过上拉电阻R12与STM32F103RET6微控 制器SWD1引脚连接，所述的边界扫描集成电路中J13插件的4号引脚通过O欧电阻R8与线性电源电路的3.3v电源输出端连接。
3.根据权利要求1或2所述的低功耗便携式光学应力监测设备，其特征是:所述的线性电源电路具有5v电压输入端及3.3v电源输出端，所述的3.3v电源输出端与旁路电容C31和电容C33连接，所述的旁路电容C31和所述的电容C33与接地端GND连接，所述的5V电压输出端与旁路电容C24和电容C27连接，电容C27与线性稳压器REGl117-3.3连接，所述的线性稳压器REG1117-3.3与旁路电容C31连接。
4.根据权利要求1或2所述的低功耗便携式光学应力监测设备，其特征是:所述的电平转换电路具有SN74LVC4245高度集成电平转换电路，所述的SN74LVC4245高度集成电平转换电路VCCA引脚与电容C22连接，所述的电容C22与+5V电源连接，电容C29与SN74LVC4245高度集成电平转换电路的VCCB引脚连接。
5.根据权利要求1或2所述的低功耗便携式光学应力监测设备，其特征是:所述的驱动电路具有一组ULN2003芯片，所述的ULN2003芯片的OUTl引脚与JQX-113M继电器U3连接，所述的ULN2003芯片的0UT2引脚与JQX-113M继电器U4连接，所述的ULN2003芯片的0UT3引脚与JQX-113M继电器U9连接。
6.根据权利要求1或2所述的低功耗便携式光学应力监测设备，其特征是:所述的STM32F103RET6微控制器PD2引脚与温度感应器DS18b20的DQ引脚连接，所述的温度感应器DS18b20的VDD引脚和+3V电源与电阻R14连接，所述的电阻R14与DQ引脚连接。
7.根据权利要求1或2所述的低功耗便携式光学应力监测设备，其特征是:所述的RS232电平转换电路具有收发器SP3232EEN，所述的收发器SP3232EEN分别与RS232 I接口、RS232 2接口连接，所述的收发器SP3232EEN的Cl+引脚和Cl-引脚通过电容C3连接，所述的收发器 SP3232EEN的C2+引脚和C2-引脚通过电容C4连接。
【文档编号】G01L1/24GK203858053SQ201420255490
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】李宏伟, 石胜飞 申请人:哈尔滨工大云帆智慧信息技术有限公司
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