CN101526567A

CN101526567A - 智能数字化电位比电阻测量仪及其工作流程

Info

Publication number: CN101526567A
Application number: CN200910061542A
Authority: CN
Inventors: 曹作群; 郑汉鹏; 曹辉; 肖红清; 曾鉴三; 陈俊
Original assignee: WUHAN JIAXIN MORDEN APPARATUS CO Ltd
Current assignee: WUHAN JIAXIN MORDEN APPARATUS CO Ltd
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2009-09-09

Abstract

本发明公开了一种智能数字化电位比电阻测量仪及其工作流程，涉及一种电阻测量仪。电阻测量仪的结构是：被测电阻和标准电阻串联后接入恒流源；第一信号放大器和被测电阻并联，第一信号放大器、第一模/数转换器和第一单片机依次连接，第一单片机分别与显示器、功能键连接；第二信号放大器和标准电阻并联，第二信号放大器、第二模/数转换器和第二单片机依次连接，第二单片机分别与Rs－232接口、USB接口连接；第一单片机和第二单片机相互连接。本发明代表了电阻测试仪的发展方向；结构简单、功能强大，是市场更新换代产品；有利于环境保护；广泛应用于计量、质检领域。

Description

智能数字化电位比电阻测量仪及其工作流程

技术领域

本发明涉及一种电阻测量仪，尤其涉及一种智能数字化电位比电阻测量仪及其工作流程。

背景技术

电阻的测量和标准电阻的量值传递(计量)是一项重要的基础性技术工作，在我国已形成了一个完整的测量和量值传递体系。随着经济、社会和科学技术的发展，体系中原有的电阻测量仪器已进入更新换代期，市场需求的是高性能的电阻测量仪。

现有电阻测量的仪器和方法有：

1、传统的用于一般电阻测量的仪器为电阻电桥，其主体结构由多个十进电阻盘和指零仪等组成，十进电阻盘由镀银的十进开关和精密锰铜合金电阻组成。测量时需手工调节、计算而得到测量结果，工作效率低，测量方法限制了其测量准确度，制造时耗费银、铜资源成本高。

2、用于标准电阻量值传递(计量)的是电流比较仪电桥，其测量方法为电阻比比较法，通过比较仪分别测得被测和标准电阻的测量值Rx₁和Rs₁，然后按公式Rx＝(Rx₁/Rs₁)×Rs计算得到被测电阻的值。电流比较仪电桥的主体结构由高性能磁性材料、几十个十进开关调节感应线圈、光电放大指零仪等组成。体积庞大，手工操作繁锁，效率低，制造工艺复杂，制造、维护的成本高。

3、数字式电阻测试仪采用的直流压降法，使用方便、显示直观。但此方法的测量结果中包含了测试电流的误差。

4、数字电压表法用于电阻的量值传递(计量)的方法为模拟电位比比较法，因为数字式直流电压表(DVM)测量模拟电压的水平高，用DVM对被测和标准电阻上的电位分别进行测量，得到Ux和Us的值，然后按Rx＝(Ux/Us)×Rs计算出Rx的值。因为对Ux和Us的测量不是同时进行的，测量电路中的电流误差和漂移直接影响测量结果，因此此方法的测量准确度受到限制。

发明内容

本发明的目的就在于利用单片机技术，克服电阻电桥、比较仪电桥、数字式电阻测试仪等存在的方法、结构和技术问题，提供一种智能数字化电位比电阻测量仪及其工作流程，将电阻比比较法、电位比比较法等创新为数字化电位比比较法，实现自动和准确可靠的测量。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

测量方法为数字化电位比比较法：双单片机同步控制被测和标准电位信号的采样、转换、存储，自动计算数字信号电位比和测量结果，消除了测试电流误差和漂移对测量结果的影响。

将被测电阻和标准电阻串联连接，测量时流过同一测试电流，被测电阻和标准电阻上的模拟电位分别为Ux和Us。信号Ux接入由第一放大器、第一模/数转换器和第一单片机组成的信号处理通道；信号Us接入由第二放大器、第二模/数转换器和第二单片机组成的信号处理通道。第一、二单片机接受同一键入指令，执行同步控制程序，使两个通道同时对Ux、Us信号进行采样、转换、存储。第一单片机再执行数据处理程序，从第一、二单片机中调出存储单元中存入的Ux、Us对应的数字信号和预先存入的已知的标准电阻对应的二进制数，按公式Rx＝(Ux/Us)×Rs，自动计算出数字化电位比和标准电阻对应二进字数的乘积，从而得到被测电阻的值。被测电阻的测量值由显示器实时显示。

通过执行同步控制和数据处理程序，将模拟电位比改变为数字化电位比，消除了测试电流误差和漂移对测量结果的影响，使仪器的误差仅取决于标准电阻的误差，从而提高了测量准确度。通过校准，对放大器和模/数转换器的误差，可由软件对其进行修正。

智能数字化电位比电阻测试仪人机界面提供视觉中文提示字符，采用一键多义功能设计，按键键入指令操作，简单快捷。主程序、定时中断程序、串行中断程序采用模块化设计，用C语言编程，在规划的系统软件支持下，使仪器具有测量、数据存储、查询、下载、远传、远程管理等功能，实现高性能智能化。

具体地说，智能数字化电位比电阻测量仪包括恒流源，被测电阻，标准电阻，第一、二信号放大器，第一、二模/数转换器，第一、二单片机，显示器，功能键，Rs-232接口和USB接口；

被测电阻和标准电阻串联后接入恒流源；

第一信号放大器和被测电阻并联，第一信号放大器、第一模/数转换器和第一单片机依次连接，第一单片机分别与显示器、功能键连接；

第二信号放大器和标准电阻并联，第二信号放大器、第二模/数转换器和第二单片机依次连接，第二单片机分别与Rs-232接口、USB接口连接。

第一单片机和第二单片机相互连接。

本发明具有下列优点和积极效果：

①智能数字化电位比电阻测量仪及其方法，代表了电阻测试仪的发展方向。选择不同位数的ADC可以开发出不同测量范围、分辨力和准确度等级的产品，全面满足电阻测量和计量领域的技术要求。

②仪器结构简单、技术含量高、功能强大，具有很高的性能价格比，是市场需要的理想的更新换代产品。可广泛应用于省、部、行业、企业各级计量、质检实验室，产生较好的经济效益。

③利用单片机及电子元器件资源，改变了传统和一般电阻测量仪的原理和结构，节省了大量的银、铜、磁性材料等贵重金属材料，节省了资源、能源，有利于环境保护。

广泛应用于计量、质检领域。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2.1是本发明的主程序流程图；

图2.2是本发明的定时中断程序流程图；

图2.3是本发明的串行中断子程序流程图。

其中：

A-恒流源；

I-测试电流；

Rx、Rs-被测、标准电阻；

Ux、Us-第一、二模拟电位；

B1、B2-第一、二信号放大器；

ADC1、ADC2-第一、二模/数转换器；

CPU1、CPU2-第一、二单片机；

X-显示器；

G-功能键；

J-Rs-232接口；

Z-USB接口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、智能数字化电位比电阻测量仪

1、结构

智能数字化电位比电阻测量仪包括恒流源A，被测、标准电阻Rx、Rs，第一、二信号放大器B1、B2，第一、二模/数转换器ADC1、ADC2，第一、二单片机CPU1、CPU2，显示器X，功能键G，Rs-232接口J和USB接口Z；

被测电阻Rx和标准电阻Rs串联后接入恒流源A；

第一信号放大器B1和被测电阻Rx并联，第一信号放大器B1、第一模/数转换器ADC1和第一单片机CPU1依次连接，第一单片机CPU1分别与显示器X、功能键G连接；

第二信号放大器B2和标准电阻Rs并联，第二信号放大器B2、第二模/数转换器ADC2和第二单片机CPU2依次连接，第二单片机CPU2分别与Rs-232接口J、USB接口Z连接；

第一单片机CPU1和第二单片机CPU2相互连接。

2、功能块

*恒流源A

恒流源A是一种提供测试电流I(0-100A)的电流源。

*被测电阻Rx、标准电阻Rs

标准电阻Rs是一种专用的、电阻值已知的由国家计量部门提供的电阻器。

*第一、二信号放大器B1、B2

第一、二信号放大器B1、B2是一种常用的模拟信号放大器。

*第一、二模/数转换器ADC1、ADC2

第一、二模/数转换器ADC1、ADC2是一种高位数模拟/数字信号转换器。

*第一、二单片机CPU1、CPU2

第一、二单片机CPU1、CPU2是一种44脚的高性能专用单片机。

*显示器X

显示器X为常用器件，是中文字符的点阵LCD显示器，显示测量结果。

*功能键G

功能键G为常用器件，键入指令。

*Rs-232接口J

Rs-232接口J为常用器件，是串行通信电平转换电路接口。

*USB接口Z；

USB接口Z为常用器件，是通用串行总线接口。

3、制作方法

智能数字化电位比电阻测量仪整体结构由印刷电路板、仪器面板和机箱组成；具体地说，包括如下步骤：

①将电路结构图结合各种芯片、元器件的尺寸设计成电路板图，将电路板图加工成印刷电路板；

②将所有芯片、器件对号入座插入印刷电路板中，并将其焊接好。

③将焊接好的印刷电路板、恒流源、电源变压器安装在机箱的底板上。

④将显示器、功能键、被测电阻Rx的电流电位接线柱、标准电阻Rs的电流电位接线柱、Rs-232接口J和USB接口Z安装在仪器面板规定位置上；

⑤用专用接插件将面板上的显示器X、功能键G、Rs-232接口J和USB接口Z与电路板上对应的芯片的接口进行电气连接；

⑥用专用导线将面板上被测电阻Rx、标准电阻Rs的电流接线柱串联连接，另二个接线柱与机箱内的恒流源A输出端相连。电位接线柱与电路板上第一、二模拟电位Ux、Us输入端相连；

⑦完成上述连接后，将面板固定在机箱上，完成了整机的组装；

⑧用专用通信电缆将整机面板上的Rs-232接口J与外部计算机对应的接口相连，开机后将外部计算机编制好的主程序、定时中断程序、串行中断子程序向机内第一单片机CPU1灌制；

⑨功能键G根据显示器X上的中文提示键入指令，第一、二单片机CPU1、CPU2执行各功能对应的程序；经调试、校准使仪器进入正常工作状态，完成所设计的技术指标和各项功能。

二、智能数字化电位比电阻测量仪的工作流程

智能数字化电位比电阻测量仪的工作流程包括主程序流程、定时中断程序流程和串行中断子程序流程。

1、主程序流程

主程序流程完成自检和初如化后进入休眠状态，系统所有工作均在各种中断子程序中完成。

如图2.1，主程序流程包括上电01，自检02，初始化03和休眠04。

主程序流程的C语言模块化设计是：

ORG 0030H

MAIN：CLR LA ；关中断

MOV SP，#67H ；设置系统堆栈

LCALL TEST ；自检

在此插入初始化模块

SETB EA ；开中断

LOOP：ORL PCON，#1 ；进入休眠状态

LJMP LOOP ；无限循环。

2、定时中断程序流程

定时中断程序流程是根据定时间隔，每次定时中断依次调用各种模块，实现系统预定为能。

如图2.2，定时中断程序流程包括开始05，时钟模块06，信号转换模块07，数据处理模块08，监控模块09，显示模块10，信号存取模块11和中断访问12。

定时中断程序流程的C语言模块化设计是：

DINS：MOV THO，#86H ；重装初始化时间常数

在此插入时钟模块

LCALL ZLXX ；信号转换模块

LCALL SJCL ；数据处理模块

LCALL JKMK ；监控模块

LCALL DISP ；显示模块

在此插入信号存取模块

RETI ；定时中断结束。

3、串行中断子程序流程

串行中断子程序流程是通信模块在此子程序中实现。

如图2.3，串行中断子程序流程包括开始13，通信模块14和中断访问15。

串行中断子程序流程的C语言模块化设计是：

SSS：RETI ；实现通信功能。

Claims

1、一种智能数字化电位比电阻测量仪，其特征在于：

包括恒流源(A)，被测、标准电阻(Rx、Rs)，第一、二信号放大器(B1、B2)，第一、二模/数转换器(ADC1、ADC2)，第一、二单片机(CPU1、CPU2)，显示器(X)，功能键(G)，Rs-232接口(J)和USB接口(Z)；

被测电阻(Rx)和标准电阻(Rs)串联后接入恒流源(A)；

第一信号放大器(B1)和被测电阻(Rx)并联，第一信号放大器(B1)、第一模/数转换器(ADC1)和第一单片机(CPU1)依次连接，第一单片机(CPU1)分别与显示器(X)、功能键(G)连接；

第二信号放大器(B2)和标准电阻(Rs)并联，第二信号放大器(B2)、第二模/数转换器(ADC2)和第二单片机(CPU2)依次连接，第二单片机(CPU2)分别与Rs-232接口(J)、USB接口(Z)连接；

第一单片机(CPU1)和第二单片机(CPU2)相互连接。

2、按权利要求1所述的一种智能数字化电位比电阻测量仪的工作流程，其特征在于：

包括主程序流程、定时中断程序流程和串行中断子程序流程；

主程序流程包括上电(01)，自检(02)，初始化(03)和休眠(04)。

定时中断程序流程包括开始(05)，时钟模块(06)，信号转换模块(07)，数据处理模块(08)，监控模块(09)，显示模块(10)，信号存取模块(11)和中断访问(12)。

串行中断子程序流程包括开始(13)，通信模块(14)和中断访问(15)。