一种可焊性电子天平平衡调节电路

本技术一种可焊性电子天平平衡调节电路属于电子测量。

背景技术：

1、可焊性天子天平测量系统是一种广泛应用于可焊性检测领域的系统，在可焊性电子天平测试仪器中，可以实现对应力的检测，将采集的数据通过测控电路进行放大处理，并将处理后的信号传输给上位机，方便后续的操作控制及数据分析。与此同时，还可通过可焊性测量系统对电子天平的自动平衡实现自动化处理，以减少人为操作导致整个系统工作产生的误差。其中，lvdt调理电路是可焊性检测系统中常用的一种信号放大电路，可以对微小的位移信号进行放大、增强，提高信号的信噪比和稳定性。因为在信号处理环节普遍都是对电压信号进行处理，调理电路的输出电压与应力强度成正比，因此lvdt调理电路常用于检测可焊性等应用。

2、在工程应用中，往往需要对合金材料与焊接材料接触时产生的润湿性能进行评估测量，因此也就要求可焊性测量系统必须设计为高精度、高响应速度。目前市面上常见的可焊性检测装置，日本rhesca公司研发的5200tn设备虽然精度高，但成本昂贵；国产研发ca-8h设备虽然成本较低，但精度和响应速度较差，在测量过程中，不能实现信号实时采集，对于可焊性测量，需要保持测量过程数据实时传输并快速进行反馈控制。因此有必要设计一种可焊性电子天平平衡调节电路，具有高精度、低成本、响应速度快等特点。

技术实现思路

1、针对上述问题，本实用新型设计了一种可焊性电子天平平衡调节电路，该电路只使用一个usb接口，来与电脑或者移动终端进行数据传输；使用电阻、电容和运算放大器设计电磁变换模拟前端，可接入电磁传感器lvdt的位移信号；由模数集成新型芯片stm32h743通过24bit外部模数转换芯片ads131a04实现对多点信号瞬态同步采样，减少监测点的时序误差，提供系统精确补偿，保证了测量的准确度。通过模拟、数字双重pid调节实现系统的快速响应，从而提高系统测量精确度，并实现软件和硬件的协同工作提高效率。

2、本实用新型的目的是这样实现的：

3、一种可焊性电子天平平衡调节电路，由lvdt调理单元、pid信号调制单元、线圈激励单元、信号采集单元、供电电源单元、通信单元和stm32h743系统单元组成；

4、所述lvdt调理单元主要由通用lvdt信号调节芯片ad698构成，首先ad698的17脚、18脚输出激励信号到lvdt输入端子cn4的4脚、5脚，位移信号经过lvdt位移传感器由输出端子cn4的6脚、7脚接入进来，cn4的6脚连接到ad698的15脚，cn4的7脚先接入到r87，然后再接入cn4的16脚；cn4的16脚分别经过c51和r93后连接gnd；cn4的28脚连接c61正极与c62一端接入+12v，c61负极与c62另一端连接gnd；cn4的1脚连接c63负极与c64一端接入-12v，c63正极与c64另一端连接gnd；cn4的5脚、6脚之间经过r96来设置激励电压，同时cn4的26脚、27脚分别经过r100、r99连接-12v从而设置ad698的输出直流偏置电压确定分量，7脚、8脚之间经过c60设置输出信号频率，cn4的23脚连接控制r89设置增益或全尺度输出范围确定分量；cn4的23脚输出sig信号，通过连接jp1的2脚、3脚输入至u15a的3脚；

5、所述pid信号调制单元由低噪声运算放大器和若干电阻电容组成；sig信号通过u15a的3脚输入；u15a的4脚、8脚分别连接-12v和+12v；u15a的2脚经过r60连接到gnd，经过r62与u15a的1脚相连；u15a的1脚经过r58、r97、c58连接至u15b的5脚，u15b的5脚经过电位器r32、r66连接至gnd；u15b的4脚、8脚分别连接-12v和+12v；信号vcal0通过r102输入至u15b的6脚，u15b的6脚经过c59、r65、r98与u15b的7脚相连；u15b的7脚输出信号pido经过r38、r76、c35输入至u11b的5脚，u11b的5脚经过r72连接gnd；u11b的6脚经过r79连接u11b的7脚；c40与r7并联，u11b的6脚分别经过r78和r43、c36连接到gnd；u11b的4脚、8脚分别连接-12v和+12v；u11b的7脚经过r37、r35、c48连接u11a的3脚，u11a的3脚经过r34连接gnd；u11a的2脚经过r36连接u11a的1脚；u11a的1脚分别经过r36、c34与r75连接至gnd，同时连接u12a的3脚；信号vgds输入至u12a的3脚；u12a的2脚通过r45连接gnd，经过r46与jp连接u12a的1脚；

6、所述线圈激励电路单元由低噪声运算放大器、外部多通道高精度dac、运算放大器、继电器、三极管、电阻电容组成；u12a的1脚经过r73、r74连接至gnd；r74的上端连接u16a的6脚；u16a的1脚、13脚分别连接+12v、-12v电源；u16a的10脚经过r106连接至u16a的16脚，并分别经过r10、c71连接gnd；u16a的16脚连接至rl1的8脚和3脚；信号vcal1连接u17a的6脚；u17a的10脚连接r101至gnd，并连接r94，经过r108、c76、c75连接gnd；u17a的16脚连接r109下端与r108上端；rl1的1脚与vcc相连；rl1的10脚经过d18连接vcc，同时连接三极管q8的3脚；二极管d18负极经过c67与gnd连接，rl1的4脚与7脚相连输出gwire+信号，rl1的3脚经过r107和c72、c68连接至gnd；u3a的pb13引脚经过r104连接q8的1脚；连接器cn5的6脚、7脚经过d15连接，cn5的1脚、2脚经过d14连接，4脚经过r110与vcc连接；u4引脚1、2、9、16、15分别连接单片机u3a的pa4、pa2、pa3、pa5、pa7；u4的3脚、14脚分别连接vcc、gnd；u4引脚4、13分别经过r30、r27连接u5b的6脚，u5b的6脚分别经过r16、r33连接nr25、vr25，6脚通过r31、c27连接u5b的7脚；u5b引脚4、5、8分别连接-12v、gnd、+12v；u4引脚5、12分别经过r26、r28连接u5a的2脚，u5a的2脚分别经过r15、r25连接nr25、vr25，2脚通过r29、c26连接u5a的1脚；u5a引脚4、3、8分别连接-12v、gnd、+12v；

7、所述信号采集单元由参考电压基准和a/d转换组成；参考电压基准其中由低噪声运算放大器、三极管和电阻电容组成；定义信号vref输入至u1a的3脚，u1a的3脚经过r1连接vcc，经过c9、r3连接gnd；u1a的4脚、8脚分别连接-12v、+12v电源；u1a的2脚经过c12接gnd，经过r4连接1脚，同时经过r7、r11连接u1b的6脚；u1b的6脚经过r8、r9连接7脚；u1b的5脚接gnd，u1b的4脚、8脚分别连接-12v、+12v电源；u1a的1脚经过r4输入至u2a的3脚；u2a的2脚通过r12、c19、c20的耦合连接gnd，并直接连接q2的2脚；u2a的1脚经过r10连接q2的1脚；u2a的4脚、8脚分别连接-12v、+12v电源，q2的3脚连接+12v；u1b的1脚连接u2b的5脚；u2b的6脚通过r5、c10、c11的耦合连接gnd，并直接连接q1的2脚；u2a的1脚经过r2连接q1的1脚；u2a的4脚、8脚分别连接-12v、+12v电源，q1的3脚连接+12v；a/d转换电路由低噪声运算放大器、高精度差分adc、外部晶振和若干电阻电容组成；u12b的5脚经过r103连接gnd；u12b的6脚经过r88、r91连接gnd，分别经过c53和r92、r90连接7脚；u12b的4脚、8脚分别连接-12v、+12v电源；采样信号gw-经过r57、r59、r63、r64连接gnd；r59右端连接u9a的3脚；u9a的2脚连接u9a的1脚；u9a的1脚经过r61和c39连接gnd；u9a的4脚、8脚分别连接-2.5v、+2.5v电源；平衡信号pido经过r47、r49、r53、r54连接gnd；r49右端连接u8a的3脚；u8a的2脚连接u8a的1脚；u8a的1脚经过r51和c37连接gnd；u8a的4脚、8脚分别连接-2.5v、+2.5v电源；增益信号sig经过r77、r81、r85、r86连接gnd；r81右端连接u9b的5脚；u9b的2脚连接u9b的7脚；u9b的7脚经过r83和c49连接gnd；u9b的4脚、8脚分别连接-2.5v、+2.5v电源；驱动信号vgds经过r48、r50、r55、r56连接gnd；r50右端连接u8b的5脚；u8b的2脚连接u8b的7脚；u8b的7脚经过r52和c38连接gnd；u8b的4脚、8脚分别连接-2.5v、+2.5v电源；u10引脚1、3、5、7、14、27、32直接连接gnd；u9a的1脚经过r61连接u10的6脚，u8a的1脚经过r51连接u10的2脚，u9b的7脚经过r83连接u10的8脚，u8b的7脚经过r52连接u10的4脚作为四路信号的输入；u10引脚15、16、29直接连接3v3；+2v5分别通过c121、c122、c123、c124连接gnd，-2v5分别经过c125、c126、c127、c128连接gnd；u10的10、11脚直接连接-2v5，9脚直接连接+2v5；u10的28脚经过c47连接gnd；u10的13脚通过c44连接12脚，分别经过c42、c43连接gnd，经过r67连接nr25；u10的30、31脚分别经过r68、r69连接3v3，30脚经过r42连接gnd；u10的17脚连接单片机u3a的pb10引脚；u10的23脚经过r80连接单片机pe15再经过r82连接pe11；u10引脚22、20、19分别直接连接pe13、pe14、pe11；u10的21脚经过r71连接3v3；外部晶振ck2的1脚直接连接u10引脚26；ck2的3脚直接连接u10引脚25；ck2引脚1、3通过r70连接；ck2引脚1、3分别经过c46、c45连接gnd；ck2的2、4脚直接连接gnd；

8、所述电源供电单元由变压器、二极管、低噪声ldo和若干电容组成；220v交流电经过变压器输出两路交流电源，变压器连接器cn1的1脚连接d1的正极、d2的负极；cn1的3脚连接d3的正极、d4的负极；cn1的4脚连接d5的正极、d6的负极；cn1的5脚连接d7的正极、d8的负极；cn1的2脚连接gnd；同时d1的负极连接d3的负极；d2的正极连接d4的正极；d5的负极连接d7的负极；d6的正极连接d8的正极；从而输出直流电源；v1的1脚连接c1正极、c3；v1的3脚连接c4、c2正极输出+12v电源；同时c1负极、c3下端、c4下端、c2负极、v1的4脚连接gnd；v2的4脚连接c5负极、c6；v2的3脚连接c7、c8负极输出-12v电源；同时c5正极、c6上端、c7上端、c8正极、v2的1脚连接gnd；v3的1脚连接c13正极、c15上端；v3的3脚连接c16、c14正极；c16上端连接d17正极，d17负极连接c14的正极；同时c13负极、c15下端、c16下端、c14负极、v3的4脚连接gnd；v3的3脚经过d17连接v4的3脚输出vcc电源，v4的3脚经过c17、c21连接gnd；v4的1脚连接gnd；v4的2脚、4脚输出3v3电源并分别经过c22、c18连接gnd；

9、所述通信单元由usb接口、sp3232芯片、sp3485芯片、二极管和电阻电容组成；usb的1脚连接vcc并连接d16负极；usb的2脚连接d12的负极；usb的3脚连接d13的负极；usb引脚4、d16正极、d12正极、d13正极连接gnd；485通讯接口u7引脚1、2、4分别连接单片机u3引脚pb8、pb9、pe0；u7的2、3脚直接连接，3脚经过r23连接gnd；u7的5、8脚分别直接连接gnd和3v3；u7的6、7脚经过r6相连，分别连接cn6的2、1脚和d10负极、d11负极；cn6的3脚、d10正极、d11正极连接gnd；232通讯接口u181、3脚通过c130连接；4、5脚通过c133连接；2、6脚通过c129、c131连接gnd；15、16脚直接连接gnd、3v3；u18引脚9、10分别连接u3引脚pc11、pc10；7、8脚分别连接cn2的2、3脚；cn2的1脚直接连接gnd；

10、所述stm32h743系统单元由128引脚的stm32h743zet6单片机u3、晶振、电阻、电容和蜂鸣器；u3除连接a/d转换单元、d/a转换单元、通信单元外，u3引脚pa13、pa14连接prg的3、2脚，分别经过r13、r14分别连接3v3和gnd，prg的1、4脚分别连接3v3和gnd；u3引脚pc16经过r20和mcuon连接3v3；u3的pd0、pd1、pd2引脚分别连接u19引脚2、u20引脚2、u25引脚4；u3的pe2经过r21连接q4的1脚，q的2脚接gnd，3脚连接beep，beep另一端连接3v3；u3引脚12连接外部晶振ck1的3脚，同时ck1的4、2脚分别连接3v3、gnd；u3引脚14经过r19连接3v3；u3引脚94连接gnd；u3引脚10、26、49、74、99、19、48、73连接gnd；u3引脚11、27、50、75、100、21、20、6连接3v3。

11、本实用新型可焊性电子天平平衡调节电路的有益效果在于：

12、第一、只使用一片数字处理芯片stm32h743实现同步采样、抑制零点漂移、判断触发信号和初始数据存储与传输的设置，方案实现更简化；通过对电磁测量部分的设计，实现平衡位置的检测、净重激励驱动；将运算放大器、和阻容网络结合实现自动平衡的调节；对迟滞相位进行补偿，实现平衡位置的实时监测，同时模拟前端电路由电阻、电容与运算放大器组成，降低电路实现成本。

13、第二、旨在实现静态测量功能的同时还需要满足动态测量功能，采用双重pid模式，由模拟pid反馈控制技术实现自动平衡的调节，并对迟滞相位进行补偿；由数字处理芯片stm32h743芯片控制零点补偿、皮重激励驱动实现数字pid控制的皮重设计，使得测量系统实现快速响应；ad采集单元在整个测量过程进行多点瞬态同步监测，确保系统测量数据实时传输，提高测量效率。

14、第三、在测量开始之前需要对天平进行皮重校准，而净重测量中皮重校准应已达到完成状态，这就需要两部分的控制及励磁线圈驱动应为相互独立状态，互不产生影响，且调试好的系统具有很强的抗干扰性能，适合于任何电路拓扑对输入或输出电流的控制，且易于实现均流，方便后续信号的滤波采集工作，提高测量结果的准确度和分辨率。