一种原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路论文和设计-庞志

全文摘要

本实用新型公开了一种原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路，包括电源供电单元、主控芯片电路、模数转换电路、PLC接入模块、温度测量电路、光强度测量电路、光电传感器测量电路、液体泄漏测量电路和步进电机驱动控制电路；主控芯片电路通过模数转换电路连接温度测量电路和光强度测量电路；PLC接入模块包括用于与外部PLC各数据输入端连接的各输入接口以及用于与外部PLC各数据输出端连接的各输出接口；PLC接入模块通过输入接口连接光电传感器测量模块和液体泄漏测量电路，通过输出接口连接有加热器控制电路和步进电机驱动控制电路；电源供电单元为上述各部件供电。本实用新型能够满足原位营养盐分析仪中所有部件测量和控制的需求。

主设计要求

1.一种原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路，其特征在于，包括电源供电单元、主控芯片电路、模数转换电路、用于连接外部PLC的PLC接入模块、温度测量电路、光强度测量电路、光电传感器测量电路、液体泄漏测量电路和步进电机驱动控制电路；所述主控芯片电路通过模数转换电路连接温度测量电路和光强度测量电路；所述主控芯片电路连接外部PLC；所述PLC接入模块包括用于与外部PLC各数据输入端连接的各输入接口以及用于与外部PLC各数据输出端连接的各输出接口；其中PLC接入模块通过输入接口连接光电传感器测量模块和液体泄漏测量电路；PLC接入模块通过输出接口连接有加热器控制电路和步进电机驱动控制电路；所述电源供电单元连接主芯片电路、温度测量电路、光电传感器测量模块、液体泄漏测量电路、步进电机驱动控制电路以及加热控制电路。

设计方案

1.一种原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路，其特征在于，包括电源供电单元、主控芯片电路、模数转换电路、用于连接外部PLC的PLC接入模块、温度测量电路、光强度测量电路、光电传感器测量电路、液体泄漏测量电路和步进电机驱动控制电路；

所述主控芯片电路通过模数转换电路连接温度测量电路和光强度测量电路；所述主控芯片电路连接外部PLC；

所述PLC接入模块包括用于与外部PLC各数据输入端连接的各输入接口以及用于与外部PLC各数据输出端连接的各输出接口；其中PLC接入模块通过输入接口连接光电传感器测量模块和液体泄漏测量电路；PLC接入模块通过输出接口连接有加热器控制电路和步进电机驱动控制电路；

所述电源供电单元连接主芯片电路、温度测量电路、光电传感器测量模块、液体泄漏测量电路、步进电机驱动控制电路以及加热控制电路。

2.根据权利要求1所述的原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路，其特征在于，所述温度测量电路、光强度测量电路、光电传感器测量电路、液体泄漏测量电路和步进电机驱动控制电路的个数为一个或多个；

PLC接入模块的输出接口中包括有用于和外部原位营养盐分析仪的光强度传感器光源连接的第一输出接口，外部PLC通过第一输出接口连接外部原位营养盐分析仪的光强度传感器光源。

3.根据权利要求1所述的原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路，其特征在于，所述温度测量电路包括电流信号发送器XTR105和三极管Q1；XTR105的两个RG引脚之间连接滑动变阻器RL1，XTR105的VIN+引脚和IR2引脚连接构成A端口，XTR105的IR2引脚和VIN-引脚分别连接滑动变阻器RL2的一端，滑动变阻器RL2的滑动端与XTR105的IR2引脚和VIN-引脚连接，电阻RL2的另一端构成B端口，XTR105的IRET引脚通过电阻R17连接B端口，电阻R17上并联有电容C31；XTR105的VLIN引脚通过电阻R16连接A端口；所述温度测量电路通过A端口和B端口连接外部温度传感器，获取到外部温度传感器输出的信号；

XTR105的B引脚和E引脚分别连接三极管Q1的基极和C极；三极管Q1的集电极连接XTR105的V+引脚；XTR105的V+引脚反向串联二极管后连接电源供电单元，通过电源供电单元获取到直流电输入；XTR105的V+引脚通过电容连接XTR105的IO引脚，XTR105的IO引脚连接模数转换电路的模拟信号输入端。

4.根据权利要求1所述的原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路，其特征在于，所述光强度测量电路包括电阻R32和电阻R35，所述电阻R32一端构成C端口，另一端串联电阻R35后接地，电阻R32和电阻R35连接的一端连接模数转换电路的模拟信号输入端；电阻R35并联有电容C38；所述光强度测量电路通过C端口连接外部原位营养盐分析仪的光强度传感器的信号输出端。

5.根据权利要求1所述的原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路，其特征在于，所述液体泄漏测量电路包括三极管Q3、三极管Q5、并联的电阻R20和电阻R22、并联的电阻R24和电阻R26、以及并联的电子R28和电阻R30；

三极管Q3的基极构成D端口，电阻R20和电阻R22并联的一端构成E端口，电阻R20和电阻R22并联的另一端连接电源供电单元，通过电源供电单元获取到直流电输入；三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的发射极和基极之间连接有电容C34；电阻R24和电阻R26并联的一端连接三极管Q3集电极，电阻R24和电阻R26并联的另一端接电源供电单元；

三极管Q5的基极连接三极管Q3的集电极；三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的发射极和基极之间连接有电容C36；电阻R28和电阻R30并联的一端连接三极管Q5集电极，电阻R28和电阻R30并联的另一端接电源供电单元；三极管Q5的集电极连接PLC接入模块的输入接口，通过PLC接入模块的输入接口连接外部PLC的输入端；

液体泄漏测量电路通过D端口和E端口连接外部水滴传感器的信号输出端。

6.根据权利要求1所述的原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路，其特征在于，光电传感器测量模块包括第一接口、第二接口、第三接口和第四接口；其中第一接口连接电源供电单元，通过电源供电单元获取到直流电输入；第二接口接地；第三接口和第四接口分别连接PLC接入模块的输入接口；光电传感器测量模块通过第一接口和第二接口连接外部光电传感器的电源端，外部光电传感器的电源端通过第一接口和第二接口获取到电源供电单元输出的直流电；光电传感器测量模块通过第三接口和第四接口连接光电传感器的信号输出端，外部PLC通过第三接口和第四接口获取到光电传感器输出的信号。

7.根据权利要求1所述的原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路，其特征在于，所述步进电机驱动控制电路包括固态继电器、二极管D14、二极管D15、电阻R47、电阻R48和电阻R49；所述二极管D14和二极管D15均为瞬态抑制二极管；

所述固态继电器的输入负端通过电阻R47连接PLC接入模块的输出接口，电阻R47和PLC接入模块的输出接口连接的一端连接二极管D15正极，二极管D15负极连接电源供电单元；固态继电器的输入正端连接电源供电单元；固态继电器的输出正端连接电源供电单元；固态继电器的输出负端连接二极管D14的负极，二极管D14的正极接地构成F端，固态继电器的输出负端构成G端；电阻R48的一端连接PLC接入模块的输出接口，电阻R48的另一端构成H端；电阻R49的一端连接PLC接入模块的输出接口，电阻R49的另一端构成I端；

步进电机驱动控制电路通过F端、G端、H端和I端f分别对应连接外部电机的负极、正极、正反转控制端以及启动端。

8.根据权利要求1所述的原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路，其特征在于，所述加热器控制电路包括固态继电器、二极管D12、二极管D13、电阻R46和电阻R49；所述二极管D12和二极管D13均为瞬态抑制二极管；

所述固态继电器的输入负端通过电阻R46连接PLC接入模块的输出接口，电阻R46和PLC接入模块的输出接口连接的一端连接二极管D13正极，二极管D13负极连接电源供电单元，固态继电器的输入正端连接电源供电单元；

固态继电器的输出正端连接电源供电单元的直流电源输出端；固态继电器的输出负端连接二极管D12的负极，二极管D12的正极接地构成J端，固态继电器的输出负端构成K端；所述加热器控制电路通过J端和K端连接外部加热器，以控制外部加热器的控制。

9.根据权利要求1所述的原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路，其特征在于，所述电源供电单元包括用于连接外部电源的接入保护电路、24V电源电路、主电源轨控制电路、正负12V电源电路、5V电源电路、3.3V电源电路以及3V电池电路；

所述接入保护电路的输出端连接24V电源电路，通过24V电源电路产生24V的电压；

所述接入保护电路的输出端连接主电源轨控制电路，通过主电源轨控制电路输出主电源；所述主电源轨控制电路的控制端连接PLC接入模块的输出接口，通过PLC接入模块的输出接口连接外部PLC的输出端；

所述主电源轨控制电路的主电源输出端分别连接正负12V电源电路和5V电源电路的输入端，通过正负12V电源电路产生正负12V的直流电源，通过5V电源电路产生5V的电压；

所述5V电源电路的输出端连接3.3V电源电路的输入端，通过3.3V电源电路产生3.3V的电压。

10.根据权利要求9所述的原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路，其特征在于，所述接入保护电路包括保险器F1和二极管D5，所述二极管D5为瞬态抑制二极管，保险器F1一端构成L端，另一端和二极管D5负极连接，二极管D5的正极构成M端并且接地，二极管D5的负极和正极之间连接有电容C46，接入保护电路通过L端和M端分别对应连接外部12V直流电源的正极和负极；二极管D5的负极和正极分别对应构成了接入保护电路的电源输出正端和负端；

所述24V电源电路包括电源模块VRB1224ZP，电源模块VRB1224ZP的Vin引脚和GND引脚分别对应连接接入保护电路的电源输出正端和负端；电源模块VRB1224ZP的+V0引脚通过电容C47接地，电源模块VRB1224ZP的0V引脚接地；24V电源电路通过电源模块VRB1224ZP输出24V的电压；

所述主电源轨控制电路包括固态继电器、二极管D6、二极管D7和电阻R38，所述二极管D6和二极管D7为瞬态抑制二极管，固态继电器的输入负端通过电阻R38接PLC接入模块的输出接口，通过PLC接入模块的输出接口连接外部PLC的输出端；电阻R38和PLC接入模块的输出接口连接的一端连接二极管D6的正极，二极管D3的负极、固态继电器的输入正端和固态继电器的输出正端均连接接入保护电路的电源输出正端；主电源轨控制电路的输出正端连接二极管D7的负极，二极管D7的正极接地；主电源轨控制电路的输出正端构成了主电源轨控制电路的主电源输出端；

所述正负12V电源电路包括电源模块WRA1212S和电感L1；其中电感L1的一端连接主电源轨控制电路的主电源输出端，并且通过电容C42接地，电感L1的另一端连接电源模块WRA1212S的VIN引脚，电源模块WRA1212S的VIN引脚通过电容C43接地，电源模块WRA1212S的GND引脚接地；电源模块WRA1212S的Ctrl引脚悬空，电源模块WRA1212S的+V0引脚通过电容C41连接0V引脚，电源模块WRA1212S的-V0引脚通过电容C44连接0V引脚，WRA1212S的0V引脚接地；正负12V电源电路通过电源模块WRA1212S的+V0引脚输出+12V的电压；正负12V电源电路通过电源模块WRA1212S的-V0引脚输出-12V的电压；

所述5V电源电路包括电源芯片MP1469、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R43和电感L3；所述电源芯片MP1469的IN引脚通过电阻R40连接EN引脚，电源芯片MP1469的IN引脚分别通过电容C48和电容C49接地；电源芯片MP1469的IN引脚连接主电源轨控制电路的主电源输出端，电源芯片MP1469的GND引脚接地，电源芯片MP1469的BST引脚串联电阻R39和电容C52后连接SW引脚，电源芯片MP1469的SW引脚连接电感L3的一端，电感L3的另一端通过串联的电阻R42和电阻R41连接FB引脚，电阻R42和电阻R41连接的一端通过电阻R43接地，电感L3的另一端通过电容C54接地，5V电源电路通过电感L3的另一端输出5V的电压；

所述3.3V电源电路包括电源芯片TPS73733，所述电源芯片TPS73733的IN引脚连接EN引脚，并且和5V电源电路输出端连接，同时电源芯片TPS73733的IN引脚通过电容C51接地，电源芯片TPS73733的GND引脚接地；电源芯片TPS73733的OUT引脚通过电容C52接地，电源芯片TPS73733的NR引脚通过电容C53接地；3.3V电源电路通过OUT引脚输出3.3V的电压。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及测控技术领域，特别涉及一种原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路。

背景技术

原位营养盐分析仪由温度传感器、漏液传感器、加热器、步进电机驱动器、光电传感器、检测电路、可编程逻辑控制器等组成。因此，需要一种仪器测控电路对上述组成部分的输入信号进行测量以及运动部分进行控制。

目前市面上的仪器测控电路板多是针对某一仪器而专门设计的，没有能够满足原位营养盐分析仪测控需求的仪器电路板。它们中的部分电路可能可以实现对原位营养盐分析仪的部分部件的测量或控制，但并非所有电路都同时能满足原位营养盐分析仪的所要求的机械尺寸、供电特性、测控接口等技术参数。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路，该电路能够满足原位营养盐分析仪中所有部件测量和控制的需求。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路，包括电源供电单元、主控芯片电路、模数转换电路、用于连接外部PLC的PLC接入模块、温度测量电路、光强度测量电路、光电传感器测量电路、液体泄漏测量电路和步进电机驱动控制电路；

所述主控芯片电路通过模数转换电路连接温度测量电路和光强度测量电路；所述主控芯片电路连接外部PLC；

所述电源供电单元连接主芯片电路、温度测量电路、光电传感器测量模块、液体泄漏测量电路、步进电机驱动控制电路以及加热控制电路。

优选的，所述温度测量电路、光强度测量电路、光电传感器测量电路、液体泄漏测量电路和步进电机驱动控制电路的个数为一个或多个；

优选的，所述温度测量电路包括电流信号发送器XTR105和三极管Q1；XTR105的两个RG引脚之间连接滑动变阻器RL1，XTR105的VIN+引脚和IR2引脚连接构成A端口，XTR105的IR2引脚和VIN-引脚分别连接滑动变阻器RL2的一端，滑动变阻器RL2的滑动端与XTR105的IR2引脚和VIN-引脚连接，电阻RL2的另一端构成B端口，XTR105的IRET引脚通过电阻R17连接B端口，电阻R17上并联有电容C31；XTR105的VLIN引脚通过电阻R16连接A端口；所述温度测量电路通过A端口和B端口连接外部温度传感器，获取到外部温度传感器输出的信号；

优选的，所述光强度测量电路包括电阻R32和电阻R35，所述电阻R32一端构成C端口，另一端串联电阻R35后接地，电阻R32和电阻R35连接的一端连接模数转换电路的模拟信号输入端；电阻R35并联有电容C38；所述光强度测量电路通过C端口连接外部原位营养盐分析仪的光强度传感器的信号输出端。

优选的，所述液体泄漏测量电路包括三极管Q3、三极管Q5、并联的电阻R20和电阻R22、并联的电阻R24和电阻R26、以及并联的电子R28和电阻R30；

液体泄漏测量电路通过D端口和E端口连接外部水滴传感器的信号输出端。

优选的，光电传感器测量模块包括第一接口、第二接口、第三接口和第四接口；其中第一接口连接电源供电单元，通过电源供电单元获取到直流电输入；第二接口接地；第三接口和第四接口分别连接PLC接入模块的输入接口；光电传感器测量模块通过第一接口和第二接口连接外部光电传感器的电源端，外部光电传感器的电源端通过第一接口和第二接口获取到电源供电单元输出的直流电；光电传感器测量模块通过第三接口和第四接口连接光电传感器的信号输出端，外部PLC通过第三接口和第四接口获取到光电传感器输出的信号。

优选的，所述步进电机驱动控制电路包括固态继电器、二极管D14、二极管D15、电阻R47、电阻R48和电阻R49；所述二极管D14和二极管D15均为瞬态抑制二极管；

步进电机驱动控制电路通过F端、G端、H端和I端f分别对应连接外部电机的负极、正极、正反转控制端以及启动端。

优选的，所述加热器控制电路包括固态继电器、二极管D12、二极管D13、电阻R46和电阻R49；所述二极管D12和二极管D13均为瞬态抑制二极管；

优选的，所述电源供电单元包括用于连接外部电源的接入保护电路、24V电源电路、主电源轨控制电路、正负12V电源电路、5V电源电路、3.3V电源电路以及3V电池电路；

所述接入保护电路的输出端连接24V电源电路，通过24V电源电路产生24V的电压；

所述5V电源电路的输出端连接3.3V电源电路的输入端，通过3.3V电源电路产生3.3V的电压。

更进一步的，所述接入保护电路包括保险器F1和二极管D5，所述二极管D5为瞬态抑制二极管，保险器F1一端构成L端，另一端和二极管D5负极连接，二极管D5的正极构成M端并且接地，二极管D5的负极和正极之间连接有电容C46，接入保护电路通过L端和M端分别对应连接外部12V直流电源的正极和负极；二极管D5的负极和正极分别对应构成了接入保护电路的电源输出正端和负端；

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本实用新型仪器测控电路应用于原位营养盐分析仪，主控芯片电路通过模数转换电路获取到温度测量电路和光强度测量电路所测量到原位营养盐分析仪相关的温度信息以及光强度信息，并且传送给外部PLC；在本实用新型仪器测控电路中设置有PLC接入模块，PLC接入模块中包括用于与外部PLC各数据输入端连接的各输入接口以及用于与外部PLC各数据输出端连接的各输出接口，光电传感器测量模块和液体泄漏测量电路连接PLC接入模块的输入接口，通过输入接口能够将测量到的信息发送外部PLC，加热器控制电路和步进电机驱动控制电路连接PLC接入模块的输出接口，外部PLC通过输出接口所连接的加热器控制电路和步进电机驱动控制电路对原位营养盐分析仪中的加热器以及步进电机进行控制，另外本实用新型仪器测控电路中还包括电源供电单元，通过该电源供电单元可以为仪器测控电路中的所有部件以及外部PLC等进行供电。因此，本实用新型仪器测控电路能够满足原位营养盐分析仪中所有部件测量和控制的需求。

(2)本实用新型仪器测控电路中，通过模数转换电路与主控芯片连接的温度测量电路、光强度测量电路的个数可以为一个或多个，当温度测量电路和光强度测量电路的个数为多个时，主控芯片电路可以获取到原位营养盐分析仪多个位置的温度信息和光强度信息；其中主控芯片电路针对于每路温度测量电路和光强度测量电路发送的信息进行数字信号滤波处理，以从时间维度上取得温度信息和光强度信息的平均值，从而得到更为准确的温度信息和光强度信息；同时主控芯片电路对温度信息和光强度信息的处理，能够有效降低了外部PLC的处理负担。另外，本实用新型仪器测控电路中，光电传感器测量电路、液体泄漏测量电路和步进电机驱动控制电路的个数可以为一个多个，当光电传感器测量电路为多个时，外部PLC可以通过本实用新型仪器测控电路中多个光电传感器测量电路同时针对多个相应电机控制的运动部件进行监测；当步进电机驱动控制电路的个数为多个时，PLC可以通过本实用新型仪器测控电路中的多个步进电机驱动控制电路控制外部多个步进电机，当液体泄漏测量电路为多个时，外部PLC通过本实用新型仪器测控电路中的多个液体泄漏测量电路可以实现原位营养盐分析仪多个位置的液体泄漏监测。

(3)本实用新型仪器测控电路中，PLC接入模块的输出接口中包括有用于和外部原位营养盐分析仪的光强度传感器光源连接的第一输出接口，外部PLC通过第一输出接口连接外部原位营养盐分析仪的光强度传感器光源，因此通过本实用新型仪器测控电路，外部PLC可以同时针对原位营养盐分析仪的光强度传感器的光源进行控制，实现原位营养盐分析仪的检测工作。

(4)本实用新型仪器测控电路中，电源供电单元包括用于连接外部电源的接入保护电路、24V电源电路、主电源轨控制电路、正负12V电源电路、5V电源电路、3.3V电源电路以及3V电池电路，因此能够满足各种电源需求，包括24V、正负12V、5V、3.3V和3V，可以为仪器测控电路和原位营养盐分析仪中各种电压大小需求的部件提供电压。同时，在本实用新型中，主电源轨控制电路通过外部PLC能够控制下一级输出电路正负12V电源电路、5V电源电路、3.3V电源电路是否输出相应电压，具有电源供电单元控制灵活性高的优点。

附图说明

图1是本实用新型仪器测控电路的结构框图。

图2是本实用新型仪器测控电路的主控芯片电路原理图。

图2a是本实用新型RS-485通讯模块的电路原理图。

图3是本实用新型仪器测控电路中温度测量电路的原理图。

图4是本实用新型仪器测控电路中光强度测量电路的原理图。

图5是本实用新型仪器测控电路中液体泄漏测量电路的原理图。

图6是本实用新型仪器测控电路中光电传感器测量模块的结构图。

图7是本实用新型仪器测控电路中步进电机驱动控制电路的原理图。

图8是本实用新型仪器测控电路中加热器控制电路的原理图。

图9a是本实用新型仪器测控电路电源供电单元中接入保护电路24V电源电路的原理图。

图9b是本实用新型仪器测控电路电源供电单元中主电源轨控制电路和5V电源电路的原理图。

图9c是本实用新型仪器测控电路电源供电单元中正负12V电源电路的原理图。

图9d是本实用新型仪器测控电路电源供电单元中3.3V电源电路的原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

本实施例公开了一种原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路，如图1所示，包括电源供电单元、主控芯片电路、模数转换电路和用于连接外部PLC的PLC接入模块。在本实施例中，仪器测控电路可以设置在一块电路板上，该块电路板的规格可以为：长度为172.5毫米，宽度为88.5毫米。

主控芯片电路通过模数转换单元连接温度测量电路和光强度测量电路，用于测量温度信息和光强度信息；所述主控芯片电路连接外部PLC，主控芯片将测量到的温度信息和光强度信息发送给外部PLC。

PLC接入模块包括用于与外部PLC各数据输入端连接的各输入接口以及用于与外部PLC各数据输出端连接的各输出接口；其中PLC接入模块的输入接口连接有光电传感器测量电路、液体泄漏测量电路和步进电机驱动控制电路；PLC接入模块的输出接口连接有加热控制电路。在本实施例中，将PLC接入模块中各输入接口的名称定义为与其连接的外部PLC各数据输入端相同的名称，即输入接口Xi，i＝0,1,2,3…，将PLC接入模块中各输出接口的名称定义为与其连接的外部PLC各数据输出端相同的名称，即Yi，i＝0,1,2,3,…A,B,C…。在本实施例中，针对于PLC接入模块的各输入接口和各输出接口，可以在电路板上安装对多个端子，外部PLC通过对应插件连接端子上的各引脚，使得外部PLC的各输入端和PLC接入模块的各输入接口连接，外部PLC的各输出端和PLC接入模块的各输出接口连接。

电源供电的单元连接主芯片电路、温度测量电路、光强度测量电路、光电传感器测量电路、液体泄漏测量电路、步进电机驱动控制电路以及加热控制电路；为主芯片电路、温度测量电路、光强度测量电路、光电传感器测量电路、液体泄漏测量电路、步进电机驱动控制电路以及加热控制电路供电。

在本实施例中，温度测量电路、光强度测量电路、光电传感器测量电路、液体泄漏测量电路和步进电机驱动控制电路的个数为一个或多个。

如图2所示，本实施例中的主控芯片电路包括主控芯片及其外围电路模块，在本实施例中，主控芯片可以使用STM32L4系列芯片，外围电路模块包括主控电源滤波电路、复位电路、启动区选择电路、主控晶振时钟电路、编程器接入电路、模数通讯接口和UART通讯接口；其中：

主控电源滤波电路：主控芯片的每一个VDD引脚接3.3V电源，每一个VSS引脚接电源地。在每一组VDD和VSS引脚之间连接一个100nF的电容器，用于对3.3V电源滤波。在各组100nF电容器的上级，3.3V电源入口处连接一个4.7μF的电容器，用于对3.3V电源滤波。3.3V电源经过一个20Ω的电阻器，进入主控芯片的VDDA引脚。VSSA引脚接电源地。在VDDA和VSSA之间连接一个100nF的电容器与一个1μF的电容器，用于对3.3V电源滤波。

复位电路：将一个轻触开关与100nF电容器并联然后串入主控芯片的NRST引脚与电源地之间，组成一个复位电路。电容器起到稳定电平的作用。人工按下轻触开关后可导致主控芯片复位。

启动区选择电路：主控芯片的BOOT0引脚经过一个10kΩ电阻器后接到一个三脚排针的中间脚上，电阻器起到限流的作用。三脚排针的两侧脚分别与3.3V电源和电源地相连。使用跳线帽将三脚排针的左、中脚相连或右、中脚相连可以起到芯片启动区选择的作用。

主控晶振时钟电路：主控芯片的OSC-IN引脚与电源地之间串联一个20pF的电容器。OSC-OUT引脚与电源地之间串联一个20pF的电容器。OSC-IN与OSC-OUT之间串联一个8MHz石英晶体。石英晶体用于激发振荡，为主控芯片提供高速外部时钟源。电容器起到匹配石英晶体启动特性的作用，有利于使石英晶体成功起振。主控芯片的OSC32-IN引脚与电源地之间串联一个20pF的电容器。OSC32-OUT引脚与电源地之间串联一个20pF的电容器。OSC32-IN与OSC32-OUT之间串联一个32.768KHz石英晶体。石英晶体用于激发振荡，为主控芯片提供低速外部时钟源。电容器起到匹配石英晶体启动特性的作用，有利于使石英晶体成功起振。

编程器接入电路：主控芯片的SWDIO引脚与五脚排针中的第四脚连接。SWCLK引脚与第三脚连接。NRST脚与第二脚连接。3.3V电源与第五脚连接。电源地与第一脚连接；3.3V电源与SWDIO之间接入一个10kΩ的电阻器，用作上拉电阻；电源地与SWCLK之间接入一个10kΩ的电阻器，用作下拉电阻。

主控模数通讯接口：主控芯片的PA3、PA4、PA5、PA6、PA7、PB0用作与模数转换电路模块通讯的接口。

UART通讯接口：主控芯片的PB1、PB10、PB11用于连接RS-485通讯模块通讯的接口。本实施例中，外部PLC通过RS-485通讯模块与主控芯片连接，实现通信。如图2a所示，在本实施例中，RS-485通讯模块可以采用SN65HVD1781的RS-485收发芯片。SN65HVD1781的R引脚接主控芯片的PB11引脚，RE引脚和DE引脚接主控芯片的PB1引脚、D引脚接主控芯片的PB10引脚，以上为RS-485通讯模块的接口作为UART通讯部分。SN65HVD1781的VCC引脚接5V电源，同时经过一个100nF电容器接GND引脚后接电源地，此电容器用于电源滤波。在本实施例中主控芯片通过SN65HVD1781的A引脚和B引脚与外部PLC中相应的RS-485通讯模块中的对应差分信号线连接，从而实现通讯。

在本实施例中，模数转换电路包括ADS1256芯片及其外围电路，外围电路包括电源滤波电路、参考电源电路、晶振时钟电路、模拟量采集电路和模数通讯接口；ADS1256芯片共有9个引脚可以采集模拟量，为AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4、AIN5、AIN6、AIN7、AIN8和AINCOM。如图1所示，当本实施例中温度测量电路的个数为2个，光强度测量模块的个数为3个，总共需要使用到ADS1256芯片上述其中5个模拟量。

如图3所示，本实施例中，温度测量电路包括电流信号发送器XTR105和三极管Q1；XTR105的两个RG引脚之间连接滑动变阻器RL1，XTR105的VIN+引脚和IR2引脚连接构成A端口，XTR105的IR2引脚和VIN-引脚分别连接滑动变阻器RL2的一端，滑动变阻器RL2的滑动端与XTR105的IR2引脚和VIN-引脚连接，电阻RL2的另一端构成B端口，XTR105的IRET引脚通过电阻R17连接B端口，电阻R17上并联有电容C31；XTR105的VLIN引脚通过电阻R16连接A端口；温度测量电路通过A端口和B端口连接外部温度传感器，获取到外部温度传感器输出的信号。XTR105的B引脚和E引脚分别连接三极管Q1的基极和C极；三极管Q1的集电极连接XTR105的V+引脚；XTR105的V+引脚反向串联二极管后连接电源供电单元，通过电源供电单元获取到直流电输入；XTR105的V+引脚通过电容连接XTR105的IO引脚，XTR105的IO引脚连接模数转换电路的模拟信号输入端。在本实施例中，如图3所示，针对于每个温度测量电路，可以在电路板上安装一个带两个引脚的端子J3，端子J3的两个引脚分别连接温度测量电路的A端口和B端口，以方便外部温度传感器连接温度测量电路的A端口和B端口。

在本实施例中，如图4所示，光强度测量电路包括电阻R32和电阻R35，电阻R32一端构成C端口，另一端串联电阻R35后接地，电阻R32和电阻R35连接的一端连接模数转换电路的模拟信号输入端；电阻R35并联有电容C38；光强度测量电路通过C端口连接外部原位营养盐分析仪的光强度传感器的信号输出端。在本实施例中，PLC接入模块的输出接口中包括有用于和外部原位营养盐分析仪的光强度传感器光源连接的第一输出接口，外部PLC通过第一输出接口连接外部原位营养盐分析仪的光强度传感器光源。

在本实施例中，针对于每个光强度测量电路，可以在电路板上安装一个7引脚的端子J7，如图4中所述，端子J7的2引脚连接C端口，3引脚和4引脚分别连接两个第一输出接口Y7和Y8，5引脚和7引脚分别连接电源供电单元的-12V和+12V的直流电源，6引脚接地。外部光强度传感器可以通过对应的插件与端子J7连接，使得外部光强度传感器的信号输出端连接到光强度测量电路的C端口，使得外部光强度传感器光源的两个不同颜色LED灯的阴极分别对应连接到两个第一输出接口Y7和Y8，使得两个不同颜色LED灯的阳极获取到+12V的直流电源，PLC通过控制两个第一输出接口的输出信号可以控制光强度传感器光源两个颜色LED灯的亮灭。因此，在实际应用中，只要将外部光强度传感器通过插件临界到端子J7，就同时可以实现获取外部光强度传感器输出信号以及控制外部光强度传感器光源工作。

在本实施例中，如图5所所示，液体泄漏测量电路包括三极管Q3、三极管Q5、并联的电阻R20和电阻R22、并联的电阻R24和电阻R26、以及并联的电子R28和电阻R30；三极管Q3的基极构成D端口，电阻R20和电阻R22并联的一端构成E端口，电阻R20和电阻R22并联的另一端连接电源供电单元的24V直流电源，通过电源供电单元获取到直流电输入；三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的发射极和基极之间连接有电容C34；电阻R24和电阻R26并联的一端连接三极管Q3集电极，电阻R24和电阻R26并联的另一端接电源供电单元的24V直流电源；三极管Q5的基极连接三极管Q3的集电极；三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的发射极和基极之间连接有电容C36；电阻R28和电阻R30并联的一端连接三极管Q5集电极，电阻R28和电阻R30并联的另一端接电源供电单元的24V直流电源；三极管Q5的集电极连接PLC接入模块的输入接口X4，通过PLC接入模块的输入接口连接外部PLC的输入端。在本实施例中，可以在阻R28和电阻R30与PLC接入模块的输入接口连接的线路上设置发光二极管D3。

液体泄漏测量电路通过D端口和E端口连接外部水滴传感器的信号输出端。在本实施例中，针对于每个液体泄漏测量电路，可以在电路板上设置带一个带两个引脚的端子J5；J5的1引脚和2引脚分别对应连接D端口和E端口，在实际使用时，外部水滴传感器通过对应插件连接端子J5即可。

本实施例中，如图6所示，光电传感器测量模块包括第一接口、第二接口、第三接口和第四接口；其中第一接口连接电源供电单元的24V直流电源，通过电源供电单元获取到24V直流电输入；第二接口接地；第三接口和第四接口分别连接PLC接入模块的两个输入接口X2和X3；光电传感器测量模块通过第一接口和第二接口连接外部光电传感器的电源端，外部光电传感器的电源端通过第一接口和第二接口获取到电源供电单元输出的24V直流电；光电传感器测量模块通过第三接口和第四接口连接光电传感器的信号输出端，外部PLC通过第三接口和第四接口获取到光电传感器输出的信号。在本实施例中，如图6所示，针对于每个光电传感器测量模块，在电路板上安装一个带4个引脚的端子J19，J19的1至4引脚分别对应作为第一接口、第二接口、第三接口和第三接口，在实际使用时，外部光电传感器通过对应插件连接端子J19即可。

在本实施例中，如图7所示，步进电机驱动控制电路包括固态继电器、二极管D14、二极管D15、电阻R47、电阻R48和电阻R49；所述二极管D14和二极管D15均为瞬态抑制二极管；在本实施例中固态继电器可以使用AQZ102芯片。

固态继电器的输入负端通过电阻R47连接PLC接入模块的输出接口，电阻R47和PLC接入模块的输出接口连接的一端连接二极管D15正极，二极管D15负极连接电源供电单元；固态继电器的输入正端连接电源供电单元；固态继电器的输出正端连接电源供电单元的+12V直流电源；固态继电器的输出负端连接二极管D14的负极，二极管D14的正极接地构成F端，固态继电器的输出负端构成G端；电阻R48的一端连接PLC接入模块的输出接口Y1，电阻R48的另一端构成H端；电阻R49的一端连接PLC接入模块的输出接口Y0，电阻R49的另一端构成I端；

步进电机驱动控制电路通过F端、G端、H端和I端分别对应连接外部电机的负极、正极、正反转控制端以及启动端。在本实施例中，如图7所示，针对于每个步进电机驱动控制电路，可以在电路板上安装一个带4个引脚的端子J21，端子J21的四个引脚分别对应连接步进电机驱动控制电路通过F端、G端、H端和I端。在本实施例中，当步进电机驱动控制电路为多个时，针对于其中一个步进电机驱动控制电路，可以设置两个带2个引脚的端子J22和J23，端子J22的1引脚和2引脚分别对应连接电阻R48的两端，端子J23的1引脚和2引脚分别对应连接电阻R49的两端，当在端子J22上连接端帽时，可以短路电阻R48，当在端子J23上连接端帽时，可以短路电阻R49。

在本实施例中，如图8所示，加热器控制电路包括固态继电器、二极管D12、二极管D13、电阻R46和电阻R49；二极管D12和二极管D13均为瞬态抑制二极管；在本实施例中固态继电器可以使用AQZ102芯片。

固态继电器的输入负端通过电阻R46连接PLC接入模块的输出接口Y2，电阻R46和PLC接入模块的输出接口连接的一端连接二极管D13正极，二极管D13负极连接电源供电单元，固态继电器的输入正端连接电源供电单元；

固态继电器的输出正端连接电源供电单元；固态继电器的输出负端连接二极管D12的负极，二极管D12的正极接地构成J端，固态继电器的输出负端构成K端；所述加热器控制电路通过J端和K端连接外部加热器，以控制外部加热器的控制。

在本实施例中，如图8所示，针对于加热器控制电路，可以在电路板上安装一个带4个引脚的端子J18，端子J18的1引脚和2引脚均连接加热器控制电路的K端，端子J18的3引脚和4引脚均连接加热器控制电路的J端。

在本实施例中，如图1所示，电源供电单元包括用于连接外部电源的接入保护电路、24V电源电路、主电源轨控制电路、正负12V电源电路、5V电源电路、3.3V电源电路以及3V电池电路。其中，接入保护电路的输出端连接24V电源电路，通过24V电源电路产生24V的电压；接入保护电路的输出端连接主电源轨控制电路，通过主电源轨控制电路输出主电源；所述主电源轨控制电路的控制端连接PLC接入模块的输出接口，通过PLC接入模块的输出接口连接外部PLC的输出端；主电源轨控制电路的主电源输出端分别连接正负12V电源电路和5V电源电路的输入端，通过正负12V电源电路产生正负12V的直流电源，通过5V电源电路产生5V的电压；5V电源电路的输出端连接3.3V电源电路的输入端，通过3.3V电源电路产生3.3V的电压。

如图9a所示，本实施例中接入保护电路包括保险器F1和二极管D5，二极管D5为瞬态抑制二极管，保险器F1一端构成L端，另一端和二极管D5负极连接，二极管D5的正极构成M端并且接地，二极管D5的负极和正极之间连接有电容C46，接入保护电路通过L端和M端分别对应连接外部12V直流电源的正极和负极；二极管D5的负极和正极分别对应构成了接入保护电路的电源输出正端和负端。

如图9a所示，本实施例中24V电源电路包括电源模块VRB1224ZP，电源模块VRB1224ZP的Vin引脚和GND引脚分别对应连接接入保护电路的电源输出正端和负端；电源模块VRB1224ZP的+V0引脚通过电容C47接地，同时电源模块VRB1224ZP的+V0引脚构成N端，电源模块VRB1224ZP的0V引脚接地；24V电源电路通过N端输出24V的电压。在本实施例中，24V电源电路输出的电压供电给外部PLC和液体泄漏测量电路。

如图9b所示，本实施例中主电源轨控制电路包括固态继电器、二极管D6、二极管D7和电阻R38，所述二极管D6和二极管D7为瞬态抑制二极管，固态继电器的输入负端通过电阻R38接PLC接入模块的输出接口，通过PLC接入模块的输出接口连接外部PLC的输出端；电阻R38和PLC接入模块的输出接口连接的一端连接二极管D6的正极，二极管D3的负极、固态继电器的输入正端和固态继电器的输出正端均连接接入保护电路的电源输出正端；主电源轨控制电路的输出正端连接二极管D7的负极，二极管D7的正极接地；主电源轨控制电路的输出正端构成了主电源轨控制电路的主电源输出端。在本实施例中，温度测量电路XTR105的V+引脚反向串联二极管后连接的是电源供电单元主电源输出端，通过主电源轨控制电路输出的电压进行供电。在本实施例中，步进电机驱动控制电路以及加热器控制电路的固态继电器的输入正端均连接的是电源供电单元的主电源输出端。

如图9c所示，本实施例中正负12V电源电路包括电源模块WRA1212S和电感L1；其中电感L1的一端连接主电源轨控制电路的主电源输出端，并且通过电容C42接地，电感L1的另一端连接电源模块WRA1212S的VIN引脚，电源模块WRA1212S的VIN引脚通过电容C43接地，电源模块WRA1212S的GND引脚接地；电源模块WRA1212S的Ctrl引脚悬空，电源模块WRA1212S的+V0引脚通过电容C41连接0V引脚，电源模块WRA1212S的-V0引脚通过电容C44连接0V引脚，WRA1212S的0V引脚接地；正负12V电源电路通过电源模块WRA1212S的+V0引脚输出+12V的电压；正负12V电源电路通过电源模块WRA1212S的-V0引脚输出-12V的电压。在本实施例中，正负12V电源电路输出的+12V电压可以供给步进电机驱动控制电路以及加热器控制电路的固态继电器的输出正端，正负12V电源电路输出的正负12V电压可以供电给光强度测量电路。

如图9b所示，本实施例中5V电源电路包括电源芯片MP1469、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R43和电感L3；所述电源芯片MP1469的IN引脚通过电阻R40连接EN引脚，电源芯片MP1469的IN引脚分别通过电容C48和电容C49接地；电源芯片MP1469的IN引脚连接主电源轨控制电路的主电源输出端，电源芯片MP1469的GND引脚接地，电源芯片MP1469的BST引脚串联电阻R39和电容C52后连接SW引脚，电源芯片MP1469的SW引脚连接电感L3的一端，电感L3的另一端通过串联的电阻R42和电阻R41连接FB引脚，电阻R42和电阻R41连接的一端通过电阻R43接地，电感L3的另一端通过电容C54接地，5V电源电路通过电感L3的另一端输出5V的电压。在本实施例中5V电源电路输出的5V电压可以供电给RS-485通讯模块等。

如图9d所示，本实施例中3.3V电源电路包括电源芯片TPS73733，所述电源芯片TPS73733的IN引脚连接EN引脚，并且和5V电源电路输出端连接，同时电源芯片TPS73733的IN引脚通过电容C51接地，电源芯片TPS73733的GND引脚接地；电源芯片TPS73733的OUT引脚通过电容C52接地，电源芯片TPS73733的NR引脚通过电容C53接地；3.3V电源电路通过OUT引脚输出3.3V的电压。在本实施例中3.3V电源电路输出的3.3V电压主要是供电给主控芯片。

在本实施例中，针对于电源供电单元，在电路板上安装一个1个带2个引脚的端子J10以及带4个引脚的端子J11。其中端子J10的两个引脚分别连接接入保护电路的L端和M端，在实际使用时，外部电源通过对应插件连接端子J10即可。端子J11的1引脚连接N端，2引脚接地，3引脚进行外壳接地，4和5引脚分别连接RS-485通讯模块中SN65HVD1781芯片的A脚和B脚，在实际使用时，外部PLC通过对应插件连接端子J11，外部PLC通过端子J11获取都电源供电单元供电的同时，可以通过RS-485通讯模块与主控芯片实现通讯，使得本实施例仪器测控电路与外部PLC的连线更加简单。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

一种原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路论文和设计

一种原位营养盐分析仪专用的仪器测控电路论文和设计-庞志

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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