CW32L010低成本工業(yè)儀表介紹

一引言

先看看L010家族產(chǎn)品功能：

TSSOP20的封裝可以產(chǎn)品PCB面積極大縮小。

以下幾個(gè)特性讓CW32L010在工業(yè)儀表上應(yīng)用更有優(yōu)勢(shì)：

1.集成了主頻高達(dá) 48MHz 的 ARM Cortex-M0+ 內(nèi)核。

2. 64K超大Flash存儲(chǔ)容量。

3.極限超低功耗0.3uA，85℃高溫漏電僅1.2uA。

4.全面升級(jí)的低功耗串口，支持LIN、RS485硬件使能。

5.16路ADC輸入2M采樣率，采樣保持時(shí)間可獨(dú)立配置。

6.ADC內(nèi)置1.2V基準(zhǔn)。

二方案組成框圖設(shè)計(jì)

三參數(shù)功能列表

(1)電壓測(cè)量范圍：0-30V。

(2)電流測(cè)量范圍：0-3A。

(3)顯示分辨率：電壓0.01V，電流0.01A。

(4)測(cè)量精度：電壓±0.02V，電流±0.02A。

(5)工作溫度：-40℃~85℃。

(6)顯示方式：雙排3位數(shù)碼管顯示，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前電壓和電流。（響應(yīng)時(shí)間≤0.2秒）

(7)顯示分辨率：3位數(shù)字顯示。根據(jù)輸入量程，自動(dòng)換檔，以盡量兼顧顯示分辨率及測(cè)量精度。

(8)有儀表的標(biāo)定和校準(zhǔn)功能。（利用按鍵或藍(lán)牙）

四方案主要硬件原理圖

這樣的設(shè)計(jì)猜猜BOM成本預(yù)計(jì)多少費(fèi)用？歡迎留言。

1.電壓檢測(cè)

通過適當(dāng)?shù)姆謮弘娐?，將待測(cè)電壓降低到CW32芯片可接受的范圍內(nèi)，然后接入CW32的ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）進(jìn)行數(shù)字化處理。在原理圖中，可以看到，使用了PA02 作為電壓采集通道。分壓電阻為220K+10K，因此分壓比例為22:1。

如果使用1.2V作為參考電壓，根據(jù)R8和R7的阻值配比可以得到最高采樣電壓為：

1.2/ 10 * （220 + 10）= 27.6V

如果使用3.3V作為參考電壓，根據(jù)R8和R7的阻值配比可以得到最高采樣電壓為：
3.3/ 10 * （220 + 10）= 75.9V

因此不同的應(yīng)用場(chǎng)景可以根據(jù)采集電壓范圍大小來選擇參考電壓或匹配分壓電阻。當(dāng)電阻精度越高時(shí)，采樣的越精確。

所以，需要測(cè)量的電壓高于模塊30V的設(shè)計(jì)電壓時(shí)，可以選擇更換分壓電阻或通過修改基準(zhǔn)電壓來實(shí)現(xiàn)更大量程的電壓測(cè)量范圍。

考慮到被測(cè)電源可能存在波動(dòng)，在電路設(shè)計(jì)時(shí)，在低側(cè)分壓電阻上并聯(lián)了0.1uF的濾波電容提高測(cè)量穩(wěn)定性。

2.電流檢測(cè)

采用低側(cè)電流采樣電路進(jìn)行電流檢測(cè)，采樣電路的低側(cè)與表頭供地。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的采樣電流為3A，選擇的采樣電阻為100mΩ。

采樣選型主要需要參考以下幾個(gè)方面：

(1)檢流電阻帶來的壓差，一般不建議超過0.5V；

(2)檢流電阻的功耗，應(yīng)當(dāng)根據(jù)該參數(shù)選擇合適的封裝；

(3)檢流電阻上電壓的放大倍數(shù)：本項(xiàng)目中沒有使用放大電路，因此倍率為1。

隨后便可以通過以上參數(shù)計(jì)算出檢流的阻值選擇：

(1)由于本項(xiàng)目沒有使用放大電路，因此需要選擇更大的采樣電阻獲得更高的被測(cè)電壓以便于進(jìn)行測(cè)量；

(2)考慮到更大的電阻會(huì)帶來更大的壓差、更高的功耗，因此也不能無限制的選擇更大的電阻；

(3)本項(xiàng)目選用了2512封裝的100mΩ的檢流電阻，根據(jù)公式可以計(jì)算出3A*100mΩ=300mV,900mW,對(duì)應(yīng)的溫升功率為1W。

3.數(shù)碼管顯示電路

CW32主芯片為20PIN，GPIO引腳數(shù)量有限，同時(shí)考慮降低成本，這里選用數(shù)碼管定義如下：

與動(dòng)態(tài)掃描原理的共陰極或共陽極數(shù)碼管不同，這里選的數(shù)碼管相比下來僅使用9個(gè)引腳來控制6位顯示，少用了5個(gè)IO資源。區(qū)別在于掃描的原理不同，掃描的速度也需要提高。

需要了解更多顯示原理的，去看例程講解視頻吧。

五軟件重點(diǎn)編程思想

軟件源碼：通過網(wǎng)盤分享的文件：CW32L010工業(yè)儀表軟件.zip鏈接: https://pan.baidu.com/s/1sMS-M8hjAlMPoBEcwPxGDA?pwd=5v65 提取碼: 5v65

常見的數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)濾波算法，CW32生態(tài)社區(qū)已有眾多文章視頻講述【CW32數(shù)字電壓電流表軟件進(jìn)階教程-2.電壓電流值做均值濾波】、【CW32數(shù)字電壓電流表軟件教程-實(shí)驗(yàn)七：基本數(shù)據(jù)處理算法（均值濾波）】等，這里不再贅述。源碼請(qǐng)自行下載查看。

值得一提的是CW32L010的ADC。

從芯片手冊(cè)中截取如下：

在ADC轉(zhuǎn)換通道上，除了芯片的下載、復(fù)位、電源相關(guān)引腳，所有的IO（14路）均支持AD模擬輸入功能。

這功能框圖太清晰，不需要解析了。

1.2V電壓生成器、溫度傳感器、8個(gè)轉(zhuǎn)換通道...

還有外部觸發(fā)功能，模擬看門狗功能等等。

六產(chǎn)品使用方法如下

定義5個(gè)工作模式，點(diǎn)按按鍵切換工作模式，長按3S設(shè)置對(duì)應(yīng)模式下的參數(shù)值，并保存到FLASH：

模式0：顯示正常的電壓電流值（上一排數(shù)碼管顯示電壓值*.**V或**.*V自動(dòng)切換，下一排顯示電流值，*.**A）

模式1：電壓5V標(biāo)定值設(shè)置。上一排數(shù)碼管顯示S.05. 。下一排顯示當(dāng)前電壓值*.**V或**.*V。當(dāng)長按3S 按鍵時(shí)，將當(dāng)前值標(biāo)定為5V電壓值。

模式2：電壓15V標(biāo)定值設(shè)置。上一排數(shù)碼管顯示S.15. 。下一排顯示當(dāng)前電壓值*.**V或**.*V。當(dāng)長按3S 按鍵時(shí)，將當(dāng)前值標(biāo)定為15V電壓值。

模式3：電流0.5A標(biāo)定值設(shè)置。上一排數(shù)碼管顯示A.0.5。下一排顯示當(dāng)前電流值*.**A。當(dāng)長按3S 按鍵時(shí)，將當(dāng)前值標(biāo)定為0.5A電流值。

模式4：電流1.5A標(biāo)定值設(shè)置。上一排數(shù)碼管顯示A.1.5。下一排顯示當(dāng)前電流值*.**A。當(dāng)長按3S 按鍵時(shí)，將當(dāng)前值標(biāo)定為1.5A電流值。