CN104360165A

CN104360165A - 一种多通道电阻测量装置

Info

Publication number: CN104360165A
Application number: CN201410696515.XA
Authority: CN
Inventors: 季玮玮
Original assignee: Shanghai Feixun Data Communication Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Feixun Data Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2015-02-18

Abstract

本发明提供一种多通道电阻测量装置，包括主控制器、数模转换电路、电压驱动电路、数据采集电路和模数转换电路；所述主控制器用于选择测量通道、设置所选通道的输入电压，以及计算所选通道上的各个被测电阻的电阻值；所述数模转换电路用于根据所选通道输出多路所需的输出电压；所述电压驱动电路用于对数模转换电路输出的多路电压进行放大；所述数据采集电路用于采集所选通道上各个被测电阻上的电压值和电流值；所述模数转换电路用于将采集到的所选通道上各个被测电阻上的电压值和电流值转换为数字信号，并传输到主控制器。本发明的多通道电阻测量装置通能够同时进行多通道的电阻值测量，测试效率高，且测量准确。

Description

一种多通道电阻测量装置

技术领域

本发明涉及电阻测量的技术领域，特别是涉及一种多通道电阻测量装置。

背景技术

现有技术中，当在通信设备中进行电阻测量时，通常会采用电阻测试仪或者万用表。当测量大量电阻值时，就需要配备一定数量的电阻测试设备。然而，上述方法具有以下不足：

(1)需要占用大量的电阻测试设备；

(2)测试效率低，导致人力成本较高；

(3)测试结果通常由测试人员读出，受主观影响较大，测试结果不稳定。

因此，出现了一些专门进行电阻测量的系统，如公开号为CN203732631U、发明名称为《精密电阻测量装置》的中国实用新型专利中公开了一种精密电阻测量装置，包括:满度电压调节电路，包括满度信号电源和满度电压调节器,所述满度信号电源包括一第一稳压管以及一第一电阻，所述第一稳压管的负极连接所述第一电阻的一端，所述第一稳压管的正极接地，所述第一电阻的另一端连接一直流电源的正极，所述满度电压调节器包括串联的一第一电位器以及一第二电阻，所述满度电压调节器与所述第一稳压管并联；满度电压信号跟随器，包括一第一运算放大器以及一第二电位器，所述第一运算放大器的正输入端连接所述第一电位器的动触点端，所述第一运算放大器的负输入端与输出端连接，所述第二电位器连接所述第一运算放大器用以调零；量程选择电路，包括一单刀多掷开关，所述单刀多掷开关的输入端连接所述第一运算放大器的输出端；反相比例放大器，包括一第二运算放大器、若干量程电阻、一第三电阻、一电容以及一第三电位器，所述若干量程电阻的一端分别连接所述单刀多掷开关的输出端，所述若干量程电阻的另一端连接所述第二运算放大器的负输入端和所述电容的一端，所述电容的另一端接地，所述第三电位器连接所述第二运算放大器用以调零，所述第三电阻的一端连接所述第二运算放大器的正输入端，所述第三电阻的另一端接地；输出限幅保护电路，包括一限幅电路、一钳位电路以及一第四电阻，所述限幅电路与所述钳位电路串联,所述限幅电路的另一端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第四电阻的一端连接在所述限幅电路与所述钳位电路之间，所述第四电阻的另一端接地，所述限幅电路的另一端与所述钳位电路的另一端分别连接一被测电阻的两端。

然而，上述电阻测量装置结构过于复杂，导致成本较高，不具有很强的实用性。同时，上述电阻测量装置单次仅能测试一组电阻值。在需要进行大量电阻测试的情况下，无法同时进行多通道的电阻测量，无法满足对电阻测试效率的要求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多通道电阻测量装置，利用可编程电压的特性和主控制器通道选择的功能，进行多通道的电阻值测量，测试效率高，且测量准确。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多通道电阻测量装置，包括主控制器、数模转换电路、电压驱动电路、数据采集电路和模数转换电路；所述主控制器用于选择测量通道、设置所选通道的输入电压，以及计算所选通道上的各个被测电阻的电阻值；所述数模转换电路与所述主控制器相连，用于根据所选通道输出多路所需的输出电压；所述电压驱动电路与数模转换电路相连，用于对数模转换电路输出的多路电压进行放大；所述数据采集电路与所述电压驱动电路和被测电阻相连，用于采集所选通道上各个被测电阻上的电压值和电流值；所述模数转换电路与所述数据采集电路和所述主控制器相连，用于将采集到的所选通道上各个被测电阻上的电压值和电流值转换为数字信号，并传输到主控制器。

根据上述的多通道电阻测量装置，其中：所述主控制器包括可编程逻辑器和MCU；所述可编程逻辑器用于选择测量通道，通过编程设置各个所选通道的输入电压，所述MCU用于计算被测电阻的电阻值。

根据上述的多通道电阻测量装置，其中：所述数模转换电路通过串行总线SPI与所述主控制器相连。

根据上述的多通道电阻测量装置，其中：所述电压驱动电路包括集成运算放大器、三极管、第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述电路驱动电路将所述数模转换电路的输出电压连接到所述集成运算放大器的正相输入端；所述集成运算放大器的输出端通过所述第三电阻连接到所述三极管的基极；所述三极管的集电极连接直流源；所述三极管的发射极通过串联的所述第二电阻和第一电阻接地；所述第二电阻和所述第一电阻之间的节点与所述集成运算放大器的反相入端相连接。

根据上述的多通道电阻测量装置，其中：所述数据采集电路包括电压采集电路和电流采集电路。

进一步地，根据上述的多通道电阻测量装置，其中：所述电压采集电路包括集成运算放大器、第四电阻和第五电阻；所述电压驱动电路的输出电压输入到所述集成运算放大器的正相输入端；所述集成运算放大器的输出端与反相输入端相连；所述集成运算放大器的输出端再经过串联的所述第四电阻和所述第五电阻接地；所述集成运算放大器的输出端连接到所述模数转换电路的输入端。

进一步地，根据上述的多通道电阻测量装置，其中：所述电流采集电路包括参考电阻和电流采样放大器；所述电压驱动电路的输出电压经过串联的参考电阻和被测电阻后接地；所述电流采样放大器与所述参考电阻并联；所述电流采样放大器输出电压连接到所述模数转换电路的输入端。

根据上述的多通道电阻测量装置，其中：所述主控制器根据以下公式计算所选通道上的各个被测电阻的电阻值：Rx＝Vout/Iload-Rref，其中，Vout为所述数据采集电路采集到的电压值，Iload为所述数据采集电路采集到的电流值，Rref为所述数据采集电路中的参考电阻的电阻值。

根据上述的多通道电阻测量装置，其中：还包括显示装置，所述显示装置与所述主控制器相连，用于显示所测量的各通道的电阻值。

如上所述，本发明的多通道电阻测量装置，具有以下有益效果：

(1)通过调整可编程电压值来实现不同的电阻测量范围的设置；

(2)通过选择主控制器的通道数量来实现测量通道数量的设置；

(3)同时进行多通道的电阻值测量，测试效率高，且测量准确。

附图说明

图1显示为本发明的多通道电阻测量装置的框架结构示意图；

图2显示为本发明中电压驱动电路的结构示意图；

图3显示为本发明中电压采集电路的结构示意图；

图4显示为本发明中电流采集电路的结构示意图；

图5显示为本发明中被测电阻测量的等效电路的结构示意图。

元件标号说明

1 主控制器

2 数模转换电路

3 电压驱动电路

4 数据采集电路

5 模数转换电路

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

参照图1，本发明的多通道电阻测量装置包括主控制器1、数模转换电路(DAC)2、电压驱动电路3、数据采集电路4和模数转换电路(ADC)5。

首先，主控制器1控制数模转换电路2的不同通道输出不同的编程电压；接着，电压驱动电路3对各通道的输出电压进行放大，以提供稳定的电压源，并通过采样电阻和被测电阻形成供电电路；然后数据采集电路4中的电流采样放大器测量流过采样电阻的电流，也是被测电阻的电流；数据采集电路4中电压采集电路测量被测电阻上的电压；模数转换电路5将采样到的电压值和电流值转换为数字信号；最后，主控制器1根据被测电阻上的电压值和电流值计算出电阻阻值，并将结果显示出来。

主控制器1用于选择测量通道、设置所选通道的输入电压，以及计算所选通道上的各个被测电阻的电阻值。其中，主控制器1可以采用可编程逻辑器和MCU。其中，可编程逻辑器用于选择测量通道，通过编程设置各个所选通道的输入电压。MCU用于计算被测电阻的电阻值。具体地，MCU根据数据采集电路采样到的电压值和电流值计算出被测电阻的电阻值，并将计算结果通过USB总线上传到上位机或显示装置显示。优选地，本发明采用SILICON LABS公司的C8051F320 MCU芯片方案。

数模转换电路2与主控制器1相连，用于根据所选通道输出多路所需的输出电压。其中，数模转换电路2通过串行总线SPI与主控制器相连；在主控制器1的控制下，得到所选通道每个电压输出引脚的电压Vin，并作为下一级驱动电压电路的输入信号。其中，Vin的范围为0-5V。

电压驱动电路3与数模转换电路2相连，用于对数模转换电路2输出的多路电压进行放大，从而为被测电阻提供恒压源。具体地，电压驱动电路3的结构如图2所示。该电压驱动电路3包括集成运算放大器U1A、三极管Q1B、电阻R1、电阻R2和电阻R3。电压驱动电路3将输入电压Vin连接到集成运算放大器U1A的正相输入端，集成运算放大器U1A的输出端通过电阻R3连接到三极管Q1B的基极；三极管Q1B的集电极连接直流源VCC；三极管Q1B的发射极通过串联的电阻R2和电阻R1接地。电阻R2和电阻R1之间的节点N与集成运算放大器U1A的反相入端相连接。根据运放原理，可以推导出三极管Q1B的发射极的输出电压为Vdr＝Vin*(R2+R1)/R1。其中R2和R1的精度越高，输出电压Vdr的精度也越高。因此，可以通过适当选择R2和R1比值，实现对输入电压的放大；也通过调节输入电压Vin来调节集成运算放大器U1A的正相输入端的电压，进而调节三极管Q1B发射极电压Vdr。

数据采集电路4与电压驱动电路3和被测电阻相连，用于采集所选通道上各个被测电阻上的电压值和电流值。具体地，数据采集电路4包括电压采集电路和电流采集电路。

电压采集电路的结构如图3所示。其中，该电压采集电路包括集成运算放大器U1B、电阻R4和电阻R5。电压驱动电路的输出电压Vdr输入到集成运算放大器U1B的正相输入端；集成运算放大器的输出端与反相输入端相连；集成运算放大器的输出端Vout再经过串联的分压电阻R4和R5接地；集成运算放大器的输出端Vout连接到模数转换电路的输入端。该集成运算放大器U1B作为电压跟随器起隔离作用，可知Vout＝Vdr。

电流采集电路的结构如图4所示。其中，该电流采集电路包括参考电阻Rref和电流采样放大器U2。电压驱动电路的输出电压Vdr经过串联的参考电阻Rref和被测电阻Rx后接地；电流采样放大器U2与参考电阻Rref并联；电流采样放大器U2输出电压Vcs连接到模数转换电路的输入端。其中输出电压Vcs在数值上等于流过被测电阻Rx的电流值Ix。

具体地，电流采样放大器U2采集流过参考电阻Rref电流Iload。由于电流采样放大器U2的输入端RS－的输入阻抗无穷大，因此流过被测电阻Rx电流Ix和电流Iload相等。优选地，本发明中电流采样放大器采用AD公司的ADM4073H芯片。根据ADM4073H芯片产品规格书可知Ix＝Iload＝V/(Rref*Av)。可知采样电流Iload与输出电压V成正比。其中，V为电流采样放大器的输出电压，Av为电流采样放大器的电压放大系数。ADM4073芯片Av值为50。通常，参考电阻Rref采用高精度电阻。

模数转换电路5与数据采集电路4和主控制器1相连，用于将采集到的所选通道上各个被测电阻的电压值和电流值转换为数字信号，并传输到主控制器1。

主控制器1根据所采集到的电压值和电流值计算出所选通道上的各个被测电阻的电阻值。测量被测电阻的电阻值的等效电路如图5所示，则可知被测电阻Rx＝Vout/Iload-Rref，其中，Vout为电压采集电路的输出电压值，Iload为电流采集电路的输出电流值，Rref为参考电阻。

优选地，本发明的多通道电阻测量装置还包括显示装置。该显示装置与主控制器相连，用于显示所测量的各通道的电阻值。

综上所述，本发明的多通道电阻测量装置通过调整可编程电压值来实现不同的电阻测量范围的设置；通过选择主控制器的通道数量来实现测量通道数量的设置；同时进行多通道的电阻值测量，测试效率高，且测量准确。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种多通道电阻测量装置，其特征在于：包括主控制器、数模转换电路、电压驱动电路、数据采集电路和模数转换电路；

所述主控制器用于选择测量通道、设置所选通道的输入电压，以及计算所选通道上的各个被测电阻的电阻值；

所述数模转换电路与所述主控制器相连，用于根据所选通道输出多路所需的输出电压；

所述电压驱动电路与数模转换电路相连，用于对数模转换电路输出的多路电压进行放大；

所述数据采集电路与所述电压驱动电路和被测电阻相连，用于采集所选通道上各个被测电阻上的电压值和电流值；

所述模数转换电路与所述数据采集电路和所述主控制器相连，用于将采集到的所选通道上各个被测电阻上的电压值和电流值转换为数字信号，并传输到主控制器。

2.根据权利要求1所述的多通道电阻测量装置，其特征在于：所述主控制器包括可编程逻辑器和MCU；所述可编程逻辑器用于选择测量通道，通过编程设置各个所选通道的输入电压，所述MCU用于计算被测电阻的电阻值。

3.根据权利要求1所述的多通道电阻测量装置，其特征在于：所述数模转换电路通过串行总线SPI与所述主控制器相连。

4.根据权利要求1所述的多通道电阻测量装置，其特征在于：所述电压驱动电路包括集成运算放大器、三极管、第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述电路驱动电路将所述数模转换电路的输出电压连接到所述集成运算放大器的正相输入端；所述集成运算放大器的输出端通过所述第三电阻连接到所述三极管的基极；所述三极管的集电极连接直流源；所述三极管的发射极通过串联的所述第二电阻和第一电阻接地；所述第二电阻和所述第一电阻之间的节点与所述集成运算放大器的反相入端相连接。

5.根据权利要求1所述的多通道电阻测量装置，其特征在于：所述数据采集电路包括电压采集电路和电流采集电路。

6.根据权利要求5所述的多通道电阻测量装置，其特征在于：所述电压采集电路包括集成运算放大器、第四电阻和第五电阻；所述电压驱动电路的输出电压输入到所述集成运算放大器的正相输入端；所述集成运算放大器的输出端与反相输入端相连；所述集成运算放大器的输出端再经过串联的所述第四电阻和所述第五电阻接地；所述集成运算放大器的输出端连接到所述模数转换电路的输入端。

7.根据权利要求5所述的多通道电阻测量装置，其特征在于：所述电流采集电路包括参考电阻和电流采样放大器；所述电压驱动电路的输出电压经过串联的参考电阻和被测电阻后接地；所述电流采样放大器与所述参考电阻并联；所述电流采样放大器输出电压连接到所述模数转换电路的输入端。

8.根据权利要求1所述的多通道电阻测量装置，其特征在于：所述主控制器根据以下公式计算所选通道上的各个被测电阻的电阻值：Rx＝Vout/Iload-Rref，其中，Vout为所述数据采集电路采集到的电压值，Iload为所述数据采集电路采集到的电流值，Rref为所述数据采集电路中的参考电阻的电阻值。

9.根据权利要求1所述的多通道电阻测量装置，其特征在于：还包括显示装置，所述显示装置与所述主控制器相连，用于显示所测量的各通道的电阻值。