【立创开发板】基于梁山派的应变测量板

项目简介

本项目是基于立创梁山派的应变测量电路板，用于测量电阻应变片产生的应变信号。

测量原理

电阻应变片（R4）与三个120欧，0.1%精度的电阻R1，R2，R3组成电阻电桥，将电阻应变片贴于结构表面，结构应变引起电阻应变片的阻值变化，在电桥中反映为RL两端的差分电压变化。采集这个电压的变化量，可以反推出应变的值。

项目参数

此处可填写项目的相关功能参数介绍，示例：

• 本设计采用KY5530模数转换芯片，SPI接口单通道32位高精度Sigma-Delta ADC，实际有效精度24BIT@1倍PGA；
• 本设计采用THP210全差分运算放大器，低输入电压噪声，1kHz时为3.7nV/sqrt(Hz)；
• 电桥差分电压信号经运算放大器放大100倍后传输至ADC再放大8倍，总放大倍数800
• 实测有效位数15位，可采集到0.1mV/100，即微伏电压信号测量，采集频率为6.25Hz；

原理解析（硬件说明）

此处可填写项目的设计原理，将设计的原理拆分解析，示例：

本项目由以下部分组成，电源部分、信号前端部分、模数转换部分和主控部分。

1--电源电路：
采用TYPE-C接口作为供电接口，输入LDO芯片SGM2211降压为3.3V，为电路供电。0欧电阻R5用于连接模拟地和数组地。多个滤波电容在PCB中都只选焊了一个。

2--信号前端电路：
电阻电桥由U4、U5、U6三个0.1%精度120欧电阻和电阻应变片组成。电阻应变片通过接线端子U7与电桥相连。测量电桥的地平面通过0欧电阻R15与模拟地相连。

全差分运算放大器THP210对电桥输出的差分信号进行100倍放大，放大电阻100欧和10k欧精度均为0.1%。VOCM电压与电桥差分信号中U4和U6之间的电压信号直接相连，这样可以让运放输出的电压均值为3.3V/2=1.65V，保证运放输出电压在ADC芯片采集电压范围内。

3--模数转换电路：

采用32位32位高精度Sigma-Delta型模数转换芯片KY5530，，实际有效精度24BIT@1倍PGA，设置放大倍数为8倍，电路参照芯片手册。本项目参考电压选用ADC内部集成的高精度基准电压源。

4--主控电路：

主控为梁山派集成的GD32F407，M4内核，主频148MHz,PA0作为外部中断源，用于应变测量中的平衡。显示部分采用立创商城的OLED屏HS96L03W2C03，IIC接口，分辨率128X64

软件代码

见附件，此处只放main函数

#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include 
#include "main.h"
#include "OLED.h"
#include "KY5532.h"
#include "balance.h"

/*
#include "sys.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "bsp_iic.h"


*/

/*!
    \brief    main function
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/

double balance_value=0;
double result;

int main(void)
{
	uint32_t Init_Data;
	uint32_t S0,S1,S2,S3;
	uint32_t Trans_Data;
	double strain_value;

	
	systick_config();
	key_gpio_config();
	OLED_Init();
	OLED_ShowString(0, 0, "Success", OLED_8X16);
	OLED_Update();
	delay_1ms(100);

	
	//初始化ky5530
	OLED_Clear();	
	Init_Data = KY5530_Init(Init_Data);	
	
	if (Init_Data==0x3fffffff)
		OLED_ShowString(0, 0, "Success", OLED_8X16);
	else
		OLED_ShowString(0, 0, "Fail", OLED_8X16);
		OLED_ShowHexNum(0, 48, Init_Data, 8, OLED_8X16);
		result=(double)0x3fffffff/Init_Data;
		OLED_ShowFloatNum(0, 16, result, 5, 6, OLED_8X16);
	OLED_Update();
  delay_1ms(1500);
	OLED_Clear();
	
		rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOE);
		gpio_mode_set(GPIOE,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_PUPD_PULLUP,GPIO_PIN_3);	//SCL  PB13
		gpio_output_options_set(GPIOE,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_3);
		gpio_bit_write(GPIOE,GPIO_PIN_3, SET);
	
	//查看系统配置
	KY5530_Read(&S0, OS_CH0);
	KY5530_Read(&S1, GAIN_CH0);
	KY5530_Read(&S2, SYS_CONF0);
	KY5530_Read(&S3, SYS_CONF1);
	
	OLED_ShowString(0, 0, "OS0", OLED_8X16);
	OLED_ShowHexNum(40, 0, S0, 8, OLED_8X16);
	OLED_ShowString(0, 16, "GA0", OLED_8X16);
	OLED_ShowHexNum(40, 16, S1, 8, OLED_8X16);
	OLED_ShowString(0, 32, "SY0", OLED_8X16); //读取到02000001，2代表开启滤波器，1代表上次复位成功
	OLED_ShowHexNum(40, 32, S2, 8, OLED_8X16);
	OLED_ShowString(0, 48, "SY1", OLED_8X16);//
	OLED_ShowHexNum(40, 48, S3, 8, OLED_8X16);

	OLED_Update();
	delay_1ms(1500);
	OLED_Clear();
	
	while(1)
	{
			Trans_Data=KY5530_Trans(0x81);
			result=(double)Trans_Data/0x3fef9db2*3.32/8;
			strain_value = (result - balance_value)*9.412652859189006e+03;
			OLED_ShowFloatNum(0, 16, result, 5, 6, OLED_8X16);		
			OLED_ShowHexNum(0, 32, Trans_Data, 8, OLED_8X16);
			OLED_ShowFloatNum(0, 48, strain_value, 5, 6, OLED_8X16);
			OLED_Update();
			delay_1ms(1000);
	}
}

实物图

PCB