基于STM32和BC417的电路故障检测与维修智能教学辅助系统

2018-01-03 17:09:13 来源:AET
标签:
设计并实现了“学生易学,老师易评”的电路维修智能教辅系统。该系统以STM32处理器为核心,实现了检测数据的采集、A/D转换和存储,应用基于BC417芯片构成的蓝牙模块对信号进行无线传输,用Android手机进行数据存储显示并引导学习。基于Eclipse开发手机软件,内置两种故障排除模式。使用结果表明,系统达到了设计要求,具有简易、智能、有趣、低价的特征。
 
电路故障的检测与维修是电子实训的教学重点与难点,主要使用万用表来进行检测。学生能力强弱不均,很难把印制板实物和电路原理图上的测试点建立直观联系。而且以往老师只能对学生是否修复电路做出成果性评价,不能科学地对学生排故能力做过程性评价。
 
为解决上述问题,本文从“学生易学,老师易评”的角度出发,基于STM32处理器和智能手机,研制新型教辅系统,使学生可以选择不同的难度模式进行学习,软件能帮助学生建立测量点与电路图之间的思维联系,使老师能够获得学生故障检修与测量的过程数据,为实训成绩的评定提供数据支持。
 
1总体设计方案
随着时代的发展,智能手机已经在学生中普及开来,作为信息传播的新媒介,其作用毋庸置疑。能否让手机作为一个链接工具,参与到教学活动中来呢?这就是本系统功能需求的设计初衷,主要解决以下几个问题:
(1)简易:安装简便,直接替换万用表的表棒就能完成安装。
(2)智能:在测量过程中,系统能智能记录检测点的参数与测试点的顺序,为评价检测过程提供数据依据。
(3)有趣:手机应用中提供相应的难度等级选项,学生可以根据自己的学习能力进行选择,在保证绝大多数学生能完成任务的同时,提高学习的趣味性。
(4)低价:成本小,易于推广。
 
系统包括硬件检测电路和手机教辅软件两大部分,硬件检测电路主要包括核心控制模块(含A/D转换)、电源电路、蓝牙模块,整体结构设计如图1所示。
 
 
系统选用了STM32F103RBT6芯片作为主控芯片[1]。通过芯片自带的12位高精度A/D对待检测数据进行高速A/D采集,其采集参数通过DMA通道送入ARM芯片内置的1 KB高速内部RAM中。通过主控芯片进行数字滤波后,把得到的数据经过蓝牙模块上传至Android智能手机,与手机端的故障排除助手APP协同工作。
 
2硬件设计
2.1电路主控核心及A/D转换的实现
从设计需求考虑,希望主控芯片资源丰富、尽可能地减少外围元器件,使系统实现小型化,同时要具备相当强的处理能力,能缓存A/D数值并通过蓝牙上传。为此选定意法半导体公司的STM32F103RBT6芯片作为控制核心,采用高性能ARM CortexTMM3 32位RISC内核,最高可在72 MHz的频率操作[2]。采用内部振荡,电路最小系统只需搭建最简单的复位操作,复位信号从NRST引脚输出。
 
使用内部12位A/D转换,由于待检测的电路电压最大为12 V,超出A/D转换的量程范围,使用高精度电阻电路进行分压后再送入主控芯片[3]。采集到的数据通过DMA通道传递到内部RAM中。
 
2.2电源管理
从便携和灵活操作需求出发,整体电路与万用表表棒一般大小,手持检测设备配备锂电池对系统供电,根据需要提供3.3 V的电源。
 
锂电池向电路供电时,通过XC6206电压调制器输出稳定的3.3 V电压,供给系统工作。在每路电源引线处都并联一个104的电容用于消除电源的高频干扰。对锂电池进行充电时,通过芯片TP4057完成,单节锂电池充满时电压固定于4.2 V,由于芯片具有防倒充功能,因此外部元件简单、不需要另加隔离二极管和检测电阻器。将高电位通过按键引到主控芯片的PA0管脚,可以在待机状态下按下按键快速唤醒系统,并通过程序将按键信号送出作为参数记录标记。
 
2.3蓝牙通信电路
操作采集并存储的数据要上传到智能手机,都在同一个操作台,属于短距离的无线通信,蓝牙技术功耗低且传输快,最为适用。本设计选用CSR公司的BC417芯片,硬件电路如图2所示。由于整个系统通过锂电池供电,为了尽可能降低整体功耗,3.3 V电源不直接供给蓝牙芯片,而是由STM32主控芯片的PA8来控制,当需要启动蓝牙通信时,PA8输出低电平,三极管Q2导通,蓝牙芯片获得工作电压,并与主控芯片共地,开始工作。发送引脚TX与主控芯片的PA10/RX相连,接收引脚RX与主控芯片的PA9/TX相连,将主控芯片中A/D采集并存储的数据通过蓝牙传送给智能手机。
 
 
 
 
3软件设计
3.1电路检测端STM32内部程序
使用KeilμVision4 IDE开发平台,用C语言设计完整的程序。程序流程如图3所示,主程序中首先完成系统的上电初始化,之后按照蓝牙发送、A/D采样、休眠计时的顺序工作。与智能手机进行蓝牙连接,将采集并储存的数据发送给手机,然后继续采集存储,在有检测操作的情况下,循环进行蓝牙发送、A/D采样步骤,如果3分钟内一直没有采集工作,则进入休眠状态,直到被休眠唤醒电路唤醒。
 
3.2手机端故障排除助手软件
使用Eclipse平台开发安卓上位机软件。手机端软件开启后,先通过蓝牙与手持设备进行连接。而后通过选择界面让学生选择故障排除模式,软件内置两种故障排除模式。具体软件流程如图4所示。
 
 
 
(1)自由模式
适用于专业能力较弱的学生,自主选择测试点,软件直接接收手持设备测量的各项物理参数,并将其显示在软件界面上;学生根据测试数据自主判断电路故障位置,进行维修。
 
(2)引导模式
适用于专业能力较强的学生,先选择待测设备的故障现象,通过软件算法分析可能的故障位置,引导学生使用手持检测设备对其进行检测。测试结果与软件中存储的正确数据进行比对。若检测结果在正常范围之内,则继续引导学生检测下一可能故障位置。若检测结果不在范围内则缩小故障范围直至找到故障点。
 
 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
基于STM32的虚拟多线程(内附代码)
基于STM32的虚拟多线程(内附代码)

基于STM32的虚拟多线程,可以很好的用于裸机程序中,用于模拟小型操作系统的多线程概念。本实例参考了参考TI_BLE协议栈_ZStack协议栈。

要学习STM32,五大嵌入式操作系统先搞明白

技术往往更新得非常快,并且总是让我们觉得学起来有难度而且有些迷茫。不过没有关系我们发烧友专注于在快乐中学习,要学习STM32,我们首先了解下五大嵌入式操作系统:μClinux、μC/OS-II、eCos、FreeRTOS和RT-thread。

如何在MCU内完成一次ADC?
如何在MCU内完成一次ADC?

STM32的优点在哪里?除去宣传环节,细细分析,STM32时钟不算快,72MHZ,也不能扩展大容量的RAM FLASH,同样没有DSP那样强大的指令集。它的优势在哪里呢?

STM32的AD9854 DDS模块调试该怎么做?

直接频率合成技术实际上是通过将存储的波形数据,通过特定算法,经过高速D/A转换器转换成所需要模拟信号的数字合成技术。

在这个拼生态系统的年代,STM32家底还算殷实?
在这个拼生态系统的年代,STM32家底还算殷实?

生态系统原意是指在一定的地域内,生物与环境形成的统一的整体。随着经济社会的发展,现在我们提到生态系统更多的是讲企业和合作伙伴服务用户所形成的产业链,生态系统的强大也反衬出企业的强大。今年的STM32中国峰会,意法半导体(以下简称:ST)携手合作伙伴一起为我们展示了ST MCU的生态系统。

更多资讯
UltraSoC嵌入式分析技术与Imperas虚拟平台联手助力多核开发及调试

UltraSoC和Imperas今日宣布:双方将达成一项广泛的合作,为多核系统级芯片(SoC)开发人员提供结合了嵌入式分析技术和虚拟平台技术的强大组合。

莫大康:迎接存储器业的挑战

较为乐观的估计,能用5年左右的时间,达到全球市场(2018年存储器业产值预测可达1,500亿美元)占比的3% - 5%,也即DRAM与NAND的累加产值能达到近50亿美元,表明中国存储器业的突围取得了初步的成功。

宜鼎iCAP云端管理平台实现终端远程智能管理,降低人力成本

宜鼎芯存Innodisk于今年Computex现场展出iCAP云端储存管理平台,以软件、硬件及固件跨界整合的优势,强势承接全球持续升温的智能工控管理需求。

JTAG和支持JTAG的CPU

通常所说的JTAG大致分两类,一类用于测试芯片的电气特性,检测芯片是否有问题;一类用于Debug;一般支持JTAG的CPU内都包含了这两个模块。

旺宏电子:NOR Flash与NAND Flash内存都满载啦

内存供货商旺宏电子(Macronix),今日举行股东会,董事长吴敏求表示,NOR Flash与NAND Flash内存的需求持续满载,工业与车用的比例将进一步提升。

Moore8直播课堂
电路方案