一种手持式拉曼光谱仪的控制线路板的制作方法

1.本实用新型涉及一种手持式拉曼光谱仪的控制线路板。


背景技术：

2.手持式拉曼光谱仪用于快速、准确的物料鉴定，具备同类产品无法比拟的操作简单，以及小巧轻便的特性。
3.手持式拉曼光谱仪主要由智能终端单元(windows、android模块)、激光器、微型光谱仪、拉曼探头组成，现有的手持式拉曼光谱仪的激光器、控制器单元、微型光谱仪分别需要相应的控制板控制，为分开控制，集成度低，成型后机构复杂，稳定性不好，且体积大、功耗大。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种手持式拉曼光谱仪的控制线路板，其集成度高，体积可以设计得更小。
5.解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种手持式拉曼光谱仪的控制线路板，其特征在于：包括android模块、激光器、激光器控制单元、微型光谱仪、mcu单元、身份证读取模块、usb模块和为手持式拉曼光谱仪提供电源的电源模块，usb模块与android模块连接通信，android模块通过第一uart接口和第二uart接口分别与身份证读取模块和mcu单元连接通信，mcu单元通过激光器控制单元与激光器连接，mcu单元还与微型光谱仪连接通信。
7.优选的，激光器控制单元内设有ld恒流驱动单元和tec温度控制单元，ld恒流驱动单元用于检测和控制激光器的电流，tec温度控制单元用于检测和控制激光器的温度。
8.优选的，usb模块包括usb device接口、usb host接口和usb切换单元，usb device接口和usb host接口分别与usb切换单元连接。
9.优选的，电源模块包括用于升压的升压单元和用于降压的ldo单元。
10.优选的，电源模块还包括锂电池和用于管理锂电池的电池管理模块。
11.优选的，控制线路板还包括触控显示屏和背光驱动电路，触控显示屏与android模块连接通信，android模块还通过背光驱动电路与触控显示屏连接，用于控制触控显示屏的背光。
12.优选的，控制线路板还包括sim卡单元和tf卡单元，sim卡单元和tf卡单元分别与android模块连接。
13.优选的，控制线路板还包括摄像头。
14.优选的，控制线路板还包括喇叭和用于控制喇叭的音量的按键单元，喇叭和按键单元分别与android模块连接。
15.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
16.1、本实用新型将android模块、激光器控制单元、微型光谱仪、身份证读取模块、
usb模块和电源模块都集成在一个线路板上，结构集成度高，体积尺寸可以设计得更小，从而能进一步减小设备体积，方便集成和安装。其中，本实用新型还集成了身份证读取模块。
17.2、本实用新型的激光器控制单元设有ld恒流驱动单元和tec温度控制单元，对激光器进行恒流闭环控制和高稳定tec温度控制，可对输出功率进行精准控制，并可对相关驱动电路、激光功率、tec电流、tec温度等参数进行实时监测。
18.3、本实用新型的usb模块引出了2个usb接口，分别为usb device接口和usb host接口，可以扩展usb设备，且在插入设备的同时可以对系统进行充电。
19.4、本实用新型集成电源模块，能实现对系统电源的优化管理，激光器、微型光谱仪、身份证读取模块均是较大功耗的模组，优化这些模组的电源管理，能使得设备可以有更长的使用时间和更短的充电时间。
附图说明
20.图1是本实用新型的示意框图；
21.图2是本实用新型的升压单元的电路图；
22.图3是本实用新型的tec温度控制单元的电路图；
23.图4是本实用新型的ld恒流驱动单元的电路图。
具体实施方式
24.下面结合实施例对本实用新型进一步描述。
25.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
26.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
27.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
28.如图1所示为本实施例的手持式拉曼光谱仪的控制线路板，其包括android模块、激光器、激光器控制单元、微型光谱仪、mcu单元、身份证读取模块、usb模块和电源模块，电源模块为手持式拉曼光谱仪提供电源。
29.usb模块与android模块连接通信，本实施例的usb模块包括usb device接口、usb host接口和usb切换单元，usb device接口和usb host接口分别与usb切换单元连接，通过usb切换单元对接口进行切换。usb device接口和usb host接口的设置，可以扩展usb设备，且在插入设备的同时可以对系统进行充电。
30.android模块通过第一uart接口和第二uart接口分别与身份证读取模块和mcu单元连接通信，mcu单元通过激光器控制单元与激光器连接，mcu单元还与微型光谱仪连接通
信。
31.其中，激光器控制单元内设有ld恒流驱动单元和tec温度控制单元，ld恒流驱动单元用于检测和控制激光器内的ld器件的电流，tec温度控制单元用于检测和控制激光器内的ld器件的温度，对激光器进行恒流闭环控制和高稳定tec温度控制，可对输出功率进行精准控制，并可对相关驱动电路、激光功率、tec电流、tec温度等参数进行实时监测。
32.本实施例的电源模块包括锂电池、电池管理模块、用于升压的升压单元和用于降压的ldo单元，电池管理模块用于管理锂电池的充电放电，电池管理模块与锂电池连接，升压单元和ldo单元的输入端分别与电池管理模块的输出端连接，升压单元升压输出5v电源，ldo单元降压输出3.3v电源，从而为手持式拉曼光谱仪及控制线路板提供不同电压的电源。
33.本实施例的控制线路板还包括触控显示屏、背光驱动电路、sim卡单元、tf卡单元、喇叭和用于控制喇叭的音量的按键单元。其中，触控显示屏与android模块连接通信，android模块还通过背光驱动电路与触控显示屏连接，用于控制触控显示屏的背光。sim卡单元和tf卡单元分别与android模块连接，从而使得控制线路板可以使用sim卡和tf卡。
34.本实施例的供电结构为：在没有外接适配器的时候由锂电池供电，当外接适配器的时，由适配器供电，并给锂电池充电。在usb模块工作在host模式时，没有外接适配器，由锂电池经过升压模块后升压到5v给外接usb设备供电，当外接适配器时，由适配器供电。
35.本实施例的通信结构为：usb模块有高速usb接口，可以作为usb device接口和usb host接口使用，外部设备与android模块的通信可以通过usb模块进行通信，android模块、激光器控制单元、微型光谱仪、身份证读取模块通过uart接口进行通信，其它模块通过i2c接口进行通信。
36.本实施例的工作过程为：
37.其中，对激光器的控制为：android模块接收到打开激光器的指令，通过uart接口传输至mcu单元，mcu单元输出对应功率的模拟电压信号，模拟电压驱动激光器控制单元，激光器控制单元对激光器进行恒流控制，同时通过激光器的ld引脚上面的电流检测电阻，检测留过激光器内的ld器件的电流，经过运放放大后输出给mcu单元，经ad转换后，得到数字信号，经mcu单元后再对ld器件进行闭环的恒流控制。激光器输出的同时启动tec温度控制单元，稳定ld器件的温度，以便激光器输出稳定的激光。
38.其中，对微型光谱仪的控制为：mcu单元接收到android模块发过来的控制信号，转发给微型光谱仪，并做出响应，mcu单元接收到微型光谱仪输出的数据，缓冲完成后，再通过uart接口转发给android模块。
39.对于本实施例的部分电路的说明：
40.升压单元电路的说明：
41.如图2所示，当usb模块插入usb设备时，id_dig信号会被拉低，u47截止，d8二极管正极电压为高电平，d8和d9组成二极管或门电路，当有usb设备插入作为usb host设备时候，或者，接收到单片机的5v输出使能信号(p5v_en)为高，升压单元启动，输出5v电压。
42.tec温度控制单元电路的说明：
43.如图3所示，本tec温度控制单元的电路使用max1978作为tec的驱动，itec_mon和tectemmon连接到mcu单元的adc引脚，采样该管脚电压分别检测激光器的tec电流和激光器的tec温度，tectemset连接到dac电路输出，设置tec的设定温度值，tec_shdn由单片机控制
该模块是否工作。
44.ld恒流驱动单元电路的说明：
45.如图4所示，本ld恒流驱动单元由高精度运放u3、u29和大功率ldo u1组成闭环恒压恒流电路，且具有过压、过流、过热保护功能。ld_currentset由mcu dac设定，作为恒流源的预设电流值，当ld_en使能，u1输出激光管的驱动电压，电流流经r31后产生一个小电压，该电压经过u3a放大，输入到u3b，u3b由c120、c121、r37组成比例积分电路，对u3b的输出进行比例积分运算，输出电压送入ldo的反馈引脚，实时调节ldo输出电压，稳定通过激光管的电流。激光器的pd 、pd-内部连接的是光电二极管，用于检测激光的实际发光功率，当激光管发光，pd就会有电流通过，电流大小和发光功率成线性关系，并在r30上面产生压降，降电压经过u29a后送入mcu单元的adc引脚，mcu单元采集该引脚实时检测发光功率，如果和期望功率存在较大偏差，还可通过软件计算实时调整ldo输出电流，以实现激光器的光功率闭环控制。
46.本实用新型的上述实施例并不是对本实用新型保护范围的限定，本实用新型的实施方式不限于此，凡此种种根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，对本实用新型上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本实用新型的保护范围之内。