CN103675461A - 基于可调电流源的电阻测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于可调电流源的电阻测量方法及装置，依次连接电流源、比较器和MCU；将标校电阻的一端与地连接，另一端分别与比较器和电流源连接，由MCU控制电流源的电流逐渐变化，当加在标校电阻上的电压超过比较器预设的参考电压值后，比较器输出反相，此时MCU记录下输出给电流源的电流；依次测量多个标校电阻对应的电流，并将各个标校电阻及其对应的电流拟合成电流电阻曲线。通过对标校电阻的测量得到电流电阻曲线，并通过MCU控制电流源的电流逐渐变化，当比较器输出反相，MCU记录下输出给电流源的电流值，并根据该电流值以及电流电阻曲线计算出该待测电阻的电阻值。该方法硬件结构简单可靠，在电阻测量应用中可提供高精度低成本的电阻测量。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种基于可调电流源的电阻测量方法及装置。
背景技术
电阻是最基本的一种电学参数，实现电阻的测量对电子电路调试，工业生产，食品安全，医疗卫生等各行业都有着重要的意义。
电阻的测量方法多种多样，有面向高精度测量的，有面向高速测量的，有面向高压环境的，有面向在线测量的，有模拟测量方法，有数字测量方法，在大多数数字多用表中采用的测量装置如图1所示。具体是在同一量程内在待测电阻上施加一个固定电流，该电流在待测电阻上形成一个电压，该电压信号经过直流调理电路将其转换到ADC的输入范围，再经过AD转换，将采集到的数字信号传输到MCU中，通过预先存储的校准数据对电阻进行测量，该方法硬件结构较复杂，因此，如何提供一种硬件结构简单且稳定有效的电阻测量方法成为现在亟待需要解决的问题。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于可调电流源的电阻测量方法及装置，用以解决现有技术中电阻测量方法与装置结构复杂的问题。
本发明主要是通过以下技术方案实现的：
一种基于可调电流源的电阻测量方法，该方法包括：依次连接的电流源、比较器和MCU。
将标校电阻的一端与地连接，另一端分别与所述比较器和所述电流源连接，由所述MCU控制所述电流源的电流逐渐变化，当加在所述标校电阻上的电压超过所述比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相，此时MCU记录下输出给所述电流源的电流；
依次测量多个标校电阻对应的电流，并将各个标校电阻及其对应的电流拟合成电流电阻曲线；
测量待测电阻的电阻时，将待测电阻的一端与地连接，另一端分别与所述比较器和所述电流源连接，通过所述MCU控制电流源输出的电流逐渐变化，当加在所述待测电阻上的电压超过比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相，此时MCU记录下输出给电流源的电流值，并根据该电流值以及所述电流电阻曲线计算出该待测电阻的电阻值。
优选地，由所述MCU控制所述电流源的电流逐渐变化，当加在所述标校电阻上的电压超过所述比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相，此时MCU记录下输出给所述电流源的电流的步骤具体包括：
由所述MCU控制电流源的电流输出从小到大逐渐变化，当加在所述标校电阻上的电压超过所述比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相，此时MCU记录下输出给电流源的控制电流。
优选地，通过所述MCU控制电流源输出的电流逐渐变化，当加在所述待测电阻上的电压超过比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相，此时MCU记录下输出给电流源的电流值的步骤具体包括：
通过所述MCU控制电流源输出的电流从小到大逐渐变化，当加在所述待测电阻上的电压超过比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相，此时MCU记录下输出给电流源的电流值。
本发明还提供了一种基于可调电流源的电阻测量装置，该装置包括：依次连接的电流源、比较器和MCU，将标校电阻或待测电阻的一端与地连接，另一端分别与所述比较器和所述电流源连接。
所述电流源，用于在所述MCU的控制下向标校电阻和待测电阻提供电源；
所述比较器，用于当加在所述标校电阻或所述待测电阻上的电压超过所述比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相；
所述MCU，用于控制所述电流源的电流逐渐变化，当所述比较器输出反相时，MCU记录下输出给所述电流源的电流，将多个标校电阻及其对应的电流拟合成电流电阻曲线，根据所述待测电阻对应的电流值以及所述电流电阻曲线计算出该待测电阻的电阻值。
优选地，所述MCU具体用于，控制所述电流源的电流从小到大逐渐变化、响应比较器输出状态切换时的中断、读写校准数据以及实现电阻测量算法等，当所述比较器输出反相时，MCU记录下输出给所述电流源的电流，将其对应的十六进制数据存储到非易失性存储器中，并将多个标校电阻及其对应的电流拟合成电流电阻曲线，在测量时，根据相应的算法利用所述待测电阻对应的电流值以及所述电流电阻曲线计算出该待测电阻的电阻值。
本发明提供的一种基于可调电流源的电阻测量方法及装置，通过对标校电阻的测量得到电流电阻曲线，并通过MCU控制电流源的电流逐渐变化，当比较器输出反相，MCU记录下输出给电流源的电流值，并根据该电流值以及所述电流电阻曲线计算出该待测电阻的电阻值。该方法硬件结构简单，稳定可靠，在电阻测量应用中可提供高精度低成本的电阻测量。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为现有的基于可调电流源的电阻测量装置的结构示意图；
图2为本发明一种基于可调电流源的电阻测量装置的结构示意图；
图3为本发明的另一种基于可调电流源的电阻测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本发明的主题模糊不清时，将省略本文所描述的器件中已知功能和结构的详细具体说明。
本专利提供一种基于可调电流源的电阻测量方法及装置，适用于电阻表、数字多用表或者其他需要电阻测量的场合。该方法具有通用性，不针对某一特定的应用场合；该方法具有可靠性，在校准数据失效的情况下也能较准确地测量待测电阻值。
图2为本发明一种基于可调电流源的电阻测量装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括：依次连接的电流源、比较器和MCU；
将标校电阻的一端与地连接，另一端分别与所述比较器和所述电流源连接，由所述MCU控制所述电流源的电流逐渐变化（具体为从小到大逐渐变化），当加在所述标校电阻上的电压超过所述比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相，此时MCU记录下输出给所述电流源的电流；
依次测量多个标校电阻对应的电流，并将各个标校电阻及其对应的电流拟合成电流电阻曲线；
本发明实施例的电流源为可精细调整输出的电流源，即通过MCU可精确的控制电流源的电流大小。
当电流源的电流由大到小逐渐变化时，比较器的输入端电压大于预设的参考电压时，比较器会出现一个反向电压值的变化，即假设预设的输入端电压小于参考电压时，比较器输出负电压，而当某一个电流状态下，比较器输入端电压大于比较器参考端电压时，比较器就会输出正电压，MCU记录下比较器由负电压变化到正电压时刻对应的电流（实际记录下的为控制电流输出大小的控制字），从而得到一个标校电阻和相应的电流，重复上述的步骤，得到多个离散的标校电阻和相应的电流，将各个标校电阻及其对应的电流拟合成电流电阻曲线，已备后续测量电阻时使用。
现举例进行说明100Ω电阻测量档位的校准曲线是如何得到的。首先选取一系列离散的标校电阻值，如0Ω、20Ω、40Ω、60Ω、80Ω、100Ω，然后分别按照上述方法记录下在比较器输出从低到高时，各标校电阻值所对应的电流源控制字（用于控制电流源输出电流的大小），此时该控制字和标校电阻值可以通过一定的算法拟合成一条连续的曲线，知道该曲线上的任一点控制字的大小就可以计算出对应的电阻值。因此，通过上述校准后的电流源即可用来测量大小在量程内的任意电阻了。
图3为本发明的另一种基于可调电流源的电阻测量装置的结构示意图，如图3所示，测量待测电阻的电阻时，将待测电阻的一端与地连接，另一端分别与所述比较器和所述电流源连接，通过所述MCU控制电流源输出的电流逐渐变化（具体为从小到大逐渐变化），当加在所述待测电阻上的电压超过比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相，此时MCU记录下输出给电流源的电流值，并根据该电流值以及所述电流电阻曲线计算出该待测电阻的电阻值。
下面以一个具体的例子对本发明进行详细的说明：
该电阻测量方法的工作过程主要分为校准和测量两个阶段，其中校准是为了增加测量结果的准确性，校准一次可进行多次测量和长时间使用，直至测量结果误差超出指标，则需要再次进行校准。校准的方法如下：
1）连接好硬件设备，将电阻测量端子连接到高精度校准源上；
按照电阻校准表格控制校准源输出一个电阻值，由MCU改变控制字控制电流源的电流输出从小到大变化（仅作举例，控制电流源变化的算法优化就不再介绍），当加在电阻上的电压超过比较器预设的值后，输出反相，此时MCU程序记录下输出给电流源的控制字，并将其写入电阻校准表格对应电阻的位置；
2）重复步骤2，直至将电阻校准表格中所有电阻校准一遍，并将所有校准数据写入非易失性存储器。
3）当校准完成后，电阻测量模块便可以完成正常测量工作了。
其测量过程如下：
1）连接好硬件设备，将待测电阻连接到电阻测量模块的输入端子上；
2）由MCU控制电流源输出从小到大变化（仅作举例，控制电流源变化的算法优化就不再介绍，但所有采用本专利基本思想及硬件结构的变化或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内），当加在电阻上的电压超过比较器预设的值后，输出反相，此时MCU程序记录下输出给电流源的控制字，并根据预先的校准数据表格计算出该控制字下对应的电阻值（由于本专利主要介绍电阻测量的基本方法，因此详细步骤及计算算法省略，但所有采用本专利基本思想及硬件结构的变化或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内），该计算出的电阻值就是待测电阻的测量值。
3）将电阻测量结果通过显示设备或者传输给其他数据采集设备即完成测量工作。
本发明提供的一种基于可调电流源的电阻测量方法及装置，至少能够带来以下的有益效果：
通过对标校电阻的测量得到电流电阻曲线，并通过MCU控制电流源的电流逐渐变化，当比较器输出反相，MCU记录下输出给电流源的电流值，并根据该电流值以及所述电流电阻曲线计算出该待测电阻的电阻值。该方法硬件结构简单，为电阻测量提供了一种简单可靠、稳定有效、高精度低成本的解决方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于可调电流源的电阻测量方法，其特征在于，包括：依次连接的电流源、比较器和MCU；
将标校电阻的一端与地连接，另一端分别与所述比较器和所述电流源连接，由所述MCU控制所述电流源的电流逐渐变化，当加在所述标校电阻上的电压超过所述比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相，此时MCU记录下输出给所述电流源的电流；
依次测量多个标校电阻对应的电流，并将各个标校电阻及其对应的电流拟合成电流电阻曲线；
测量待测电阻的电阻时，将待测电阻的一端与地连接，另一端分别与所述比较器和所述电流源连接，通过所述MCU控制电流源输出的电流逐渐变化，当加在所述待测电阻上的电压超过比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相，此时MCU记录下输出给电流源的电流值，并根据该电流值以及所述电流电阻曲线计算出该待测电阻的电阻值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述MCU控制所述电流源的电流逐渐变化，当加在所述标校电阻上的电压超过所述比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相，此时MCU记录下输出给所述电流源的电流的步骤具体包括：
由所述MCU控制电流源的电流输出从小到大逐渐变化，当加在所述标校电阻上的电压超过所述比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相，此时MCU记录下输出给电流源的控制电流。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过所述MCU控制电流源输出的电流逐渐变化，当加在所述待测电阻上的电压超过比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相，此时MCU记录下输出给电流源的电流值的步骤具体包括：
通过所述MCU控制电流源输出的电流从小到大逐渐变化，当加在所述待测电阻上的电压超过比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相，此时MCU记录下输出给电流源的电流值。
4.一种基于可调电流源的电阻测量装置，其特征在于，包括：依次连接的电流源、比较器和MCU，将标校电阻或待测电阻的一端与地连接，另一端分别与所述比较器和所述电流源连接，
所述电流源，用于在所述MCU的控制下向标校电阻和待测电阻提供电源；
所述比较器，用于当加在所述标校电阻或所述待测电阻上的电压超过所述比较器预设的参考电压值后，所述比较器输出反相；
所述MCU，用于控制所述电流源的电流逐渐变化，当所述比较器输出反相时，MCU记录下输出给所述电流源的电流，将多个标校电阻及其对应的电流拟合成电流电阻曲线，根据所述待测电阻对应的电流值以及所述电流电阻曲线计算出该待测电阻的电阻值。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述MCU具体用于，控制所述电流源的电流从小到大逐渐变化，当所述比较器输出反相时，MCU记录下输出给所述电流源的电流，将多个标校电阻及其对应的电流拟合成电流电阻曲线，根据所述待测电阻对应的电流值以及所述电流电阻曲线计算出该待测电阻的电阻值。
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