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[原创] 【我要为STM32站台】基于L073的嵌入式的 便携式多线检测仪

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发表于 2016-8-14 14:51:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
基于STM32L073的多核心嵌入式平台的 便携式多线检测仪项目介绍:
1、方案主题;
本设计就手工查线效率低下和现有测线仪灵活性、通用性较差的问题,提出了多线检测的设计方案,以两片STM32L073单片机为核心控制部件,可对正反接口的1到50路数据线进行短路和断路测试,并通过液晶屏进行交互操作、实时显示测试结果。

2、方案功能;
对正反接口的1到50路数据线都能够进行短路和断路测试;
利用STM32L073灵活的控制技术,保证检测的准确性,设备便于携带;
弥补传统人工测线的缺陷,提高工作效率,检测结果直观可见;
使用240X128液晶与7寸触摸屏组成方便操作的人机界面,易用性高。

3、关键词;
STM32L073单片机;多线检测;数据处理;触摸屏。


工作原理介绍1、硬件组成与介绍;
1.1 硬件框架设计
设计研制的第一要务,就是选择单片机芯片,需要功能合适、资源足够,且价格在研制成本能承担的范围内,通过对占用I/O口的个数的计算,确定选用STM32F103ZET6和STM32L073RBT6这两款单片机。功能与价格都能满足设计需求。
确定好核心元器件单片机,接下来完成整体电路的设计,生成PCB板进行制作,焊接元器件、搭建电路,并完成实物的装配。电路总原理图如图2所示,各模块详细原理图见附录。

图1 电路总原理图
1.2 电源供电设计
本系统为手持设备,所以需要内置电池并增加内置电池的充电管理芯片。本方案中使用TP4057作为电源管理芯片。TP4057是一款完整的单节锂离子电池充电器,带电池正负极反接保护,采用恒定电流/恒定电压线性控制。其SOT封装与较少的外部元件数目使得TP4057便携式应用的理想选择。TP4057可以适合USB电源和适配器电源工作。
引脚功能:
CHRG(引脚1):漏极开路输出的充电状态指示端。当充电器向电池充电时,CHRG管脚被内部开关拉到低电平,表示充电正在进行;否则CHRG管脚处于高阻态。
GNG(引脚2):地。
BAT(引脚3):充电电流输出。该引脚向电池提供充电电流并将最终浮充电压调节至4.2V。该引脚的一个精准内部电阻分压器设定浮充电压,在停机模式中,该内部电阻分压器断开。
VCC(引脚4):正输入电源电压。该引脚向充电器供电。VCC的变化范围在4V至9V之间,并应通过至少一个1uF电容器进行旁路。当VCC降至BAT引脚电压的30mV以内,TP4057进入停机模式,从而使IBAT降至2uA以下。
STDBY(引脚5):电池充电完成指示端。当电池充电完成时STDBY被内部开关拉到低电平,表示充电完成。除此之外,STDBY管脚将处于高阻态。
PROG(引脚6):充电电流设定、充电电流监控和停机引脚。在该引脚与地之间连接一个精度为1%的电阻器RPROG可以设定充电电流。当在恒定电流模式下进行充电时,引脚的电压被维持在1V。
TP4057有两个漏极开路状态指示输出端,CHRG和STDBY。当充电器处于充电状态时,CHRG被拉到低电平,在其它状态,CHRG处于高阻态。当电池没有接到充电器时,CHRG输出脉冲信号表示没有安装电池。当电池连接端BAT管脚的外接电容为10uF时,CHRG闪烁周期约0.5-2秒。
图3 电源模块
1.3 显示模块设计
显示模块使用240*128液晶四线电阻式触摸屏,可进行交互操作,省去了机械按键。该屏触摸芯片输出AD参数为12位数据,所以相对精度比较高,从而使手感更舒适。显示模块主要工作是进行线路检测端口数的设置和检测结果的显示,并通过蜂鸣器进行报警提示。显示模块的电路原理图如图4所示。
图4显示模块
CH240128D-6点阵绘图型液晶显示模块(LCM)采用240x128点阵液晶显示屏(LCD)与低功耗LED背光和四线电阻式触摸屏组成,是一款邦定工艺4.9寸的240128带触摸液晶屏。内置T6963C控制器,全屏可显示8排汉字,每排显示15个(16X16点阵)汉字,可完成图形方式,文本方式以及图形与文本混合显示。Intel8080系列微处理器接口,可与MCU单片机直接连接,广泛应用于各类仪器仪表与电子设备上。引脚功能如表1所示。

1.4 硬件电路设计小结
经过多日的设计与修改,终于完成整体电路的设计,生成PCB板进行制作,焊接元器件、搭建电路,并完成实物的装配。PCB板如图5所示,电路板焊接完成图如图6所示。硬件电路完成后,可以进行软件部分的编程调试。


PCB正面                                   PCB背面
图5PCB界面

图6电路板焊接完成图

2、此项目中STM32的功能;
stm32L073芯片在本项目中起到至关重要的作用。
1)低功耗控制
在平时工作中,stm32L073芯片处于低功耗模式,降低电池的电量消耗。当触摸屏芯片发出唤醒信号后,stm32L073芯片退出低功耗模式,进入正常工作状态。
当用户点下检测按钮后, stm32L073芯片唤醒协处理芯片STM32F103,并根据要求发送串口指令控制STM32F103芯片进行管脚检测。
2)人机界面显示
stm32L073负责本项目的人机界面控制。控制一块工业级240x128液晶屏显示检测信息,控制一块电阻触摸屏进行触摸控制。
3、软件流程介绍。
硬件电路完成后,进行软件部分的编程调试。首先研究完成操作系统的移植,其次编写各模块的驱动程序、以实现控制、显示、触摸操作功能,接着完成检测部分(将线的一端置为高电平,另一端置为低电平,然后检测高电平的一端是否被对应的一端拉低,就可以知道此线路是否为短路或断路),最后完成人机界面的调试,实用验证,并对程序进行改进完善。
3.1 检测原理与流程
多线检测仪的检测流程如图7所示,由STM32RBT6(主机)单片机通过串口向STM32ZET6(从机)单片机发送检测命令,从机模块接收到命令后,从第一个检测管脚从上到下依次置为低电平,然后查询其余管脚是否被拉低,检测完成后,将结果通过串口发送给主机模块,主机接收到信息后,判定检测的线路中的互连关系,检测完成即通过蜂鸣器鸣响告知,并将检测到的线间互连关系以表格形式显示出来。

图7检测流程图
3.2 主机模块串口处理程序
当STM32ZET6(从机)单片机检测完端口后,需将检测数据通过串口发送给STM32RBT6(主机)单片机,则主机需将接收到的数据进行处理,如下为串口处理程序:
串口通讯命令处理函数程序流程图如下所示:

图8串口通讯命令处理函数程序流程图
3.3 触摸屏坐标采集程序
ADS78434线电阻触摸屏转换接口芯片。它是一款具有同步串行接口12位取样模数转换器ADS7843是一款连续近似记录(SAR)a/d转换器。可通过连结触摸屏X+触摸信号输入到a/d转化器。同时打开 Y+Y-的驱动,然后数字化X+的电压。从而得到当前Y位置的测量结果。同理,也可得到X方向的坐标。当点击触摸屏时,ADS7843会产生一串数字信号,此时程序员需将这些数据捕捉下来,并进行处理分析。电阻屏坐标采集函数流程图如图9所示。如下为触摸屏坐标采集程序:

实物与演示
1、实物图片与应用实验;


实物图片
成品应用试验
样机完成后,对不同数量和类型的接线进行检测试用,并与传统万用表人工检测方式进行了比对,对检测耗费的时间、检测结果的准确率进行了统计。通过比对记录于表一。
表一多线检测仪使用比对记录
  
实验序号
  
被测线数
设置断路、短路故障数
万用表人工检测
多线检测仪检测
检测平均耗时
检测准确率
检测平均耗时
检测准确率
1
1
0
1s
100%
0.5s
100%
2
5
0
5s
98%
0.5s
100%
3
10
3
14s
91%
0.5s
100%
4
15
3
25s
87%
0.5s
100%
5
20
4
40s
86%
1s
100%
6
30
4
55s
82%
1s
100%
7
40
9
81s
76%
2s
100%
8
50
15
122s
73%
3s
100%
结论:使用多线检测仪,可以完成对不同数量线路的检测(150路),直接给出线路间互连关系表格,检测用时明显缩短、工作效率高,检测过程由程序控制自动进行,不会出现因人工操作失误导致的误判、准确率高,操作使用便捷。
后期改进意见:人机界面更优化,显示更明确,并研究与手机的通讯,检测种类更丰富。其准确率对应图表如下图所示。

14 检测耗时与准确率对应表


2、演示视频和源码;



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