CN105004903A - 高内阻交直流通用电压表 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高内阻交直流通用电压表，高阻分压电路接入测量信号，输出端与量程自动选择电路相连；所述量程自动选择电路与交直流自动切换电路相连，其控制端与MCU控制电路相连；所述交直流自动切换电路与AC-DC转换采样电路相连，其控制端与MCU控制电路相连；所述AC-DC转换采样电路与MCU控制电路相连；LCD液晶显示电路与MCU控制电路相连；所述的MCU控制电路采用STM8S系列STM8S005K3T6芯片，AC-DC转换采样电路采用MCP3421芯片，量程自动选择电路采用CD4066芯片，LCD液晶显示电路采用HT1621液晶驱动芯片。本实新型高内阻交直流通用电压表，无需档位和量程选择，使电压测量简单化，电压表易用化，不会造成电压表及设备的损坏。
Description
技术领域
本发明涉及数字式电压表，具体涉及一种高内阻交直流通用电压表。
背景技术
电力系统变电运维专业及其他一些行业，日常工作需要测量设备和电气回路电压，当使用万用表时错误选择电流档或电阻档，会导致设备跳闸或损坏蓄电池等设备。而目前市场上并无专用的交直流电压表，使用万用表时，必须进行档位切换，然后进行量程选择。否则严重影响测量精度，严重时可能会烧毁仪表。
发明内容
本发明的目的是：提供一种高内阻交直流通用电压表，无需档位和量程选择，使电压测量简单化，电压表易用化，不会造成电压表及设备的损坏。
本发明的技术解决方案是：该电压表的电路由高阻分压电路、量程自动选择电路、交直流自动切换电路、AC-DC转换采样电路、MCU控制电路、LCD液晶显示电路和电源电路依电回路方式相连；所述的高阻分压电路接入测量信号，输出端与量程自动选择电路相连；所述量程自动选择电路与交直流自动切换电路相连，其控制端与MCU控制电路相连；所述交直流自动切换电路与AC-DC转换采样电路相连，其控制端与MCU控制电路相连；所述AC-DC转换采样电路与MCU控制电路相连；LCD液晶显示电路与MCU控制电路相连；所述的MCU控制电路采用MCU 微型处理器，是STM8S系列STM8S005K3T6芯片，AC-DC转换采样电路采用MCP3421芯片，量程自动选择电路采用CD4066芯片，LCD液晶显示电路采用HT1621液晶驱动芯片。
本发明的优点是：1、该电压表进行交流和直流电压的测量，除表棒外仅有一个开关按钮，无需进行档位和量程选择，测量时对被测回路呈高阻状态；2、电压表采用高内阻数字化测量电路，电压表对测量回路呈高阻状态，在测量范围内任何电压数值下，电压表的测量电流不大于10毫安；3、通过内置多路开关自动选择交直流调理电路和量程，并在屏幕上显示交直流字样；4、实现测量蓄电池、直流电源、所用电和保护出口电压等测量的“一表通”，避免因测量引起的短路和保护出口误动；5、测量时自动识别交直流电压信号，根据所测量电压范围自动选择量程，无需人工选择交直流档和量程范围。
附图说明
图1是高内阻交直流通用电压表的原理框图。
图2是高阻分压电路图。
图3是量程自动选择电路图。
图4是交流直流自动切换电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1-4所示，该电压表的电路由高阻分压电路、量程自动选择电路、交直流自动切换电路、AC-DC转换采样电路、MCU控制电路、LCD液晶显示电路和电源电路依电回路方式相连；所述的高阻分压电路接入测量信号，输出端与量程自动选择电路相连；所述量程自动选择电路与交直流自动切换电路相连，其控制端与MCU控制电路相连；所述交直流自动切换电路与AC-DC转换采样电路相连，其控制端与MCU控制电路相连；所述AC-DC转换采样电路与MCU控制电路相连；LCD液晶显示电路与MCU控制电路相连；所述的MCU控制电路采用MCU 微型处理器，是STM8S系列STM8S005K3T6芯片，AC-DC转换采样电路采用MCP3421芯片，量程自动选择电路采用CD4066芯片，LCD液晶显示电路采用HT1621液晶驱动芯片。
其中，所述的高内阻交直流通用电压表的量程分为四档，1V、10V、100V、1000V；上电默认为直流档，量程为1V档；输入信号经过高阻分压电路后，直接送入AD芯片进行采样，AD采样芯片MCP3421测量±2.048V电压；如果多次采样值，基本相等，则保持直流档；如果多次采样值出现有正负变化，则切换为交流档；根据采样计算出的电压值，如果大于1V则自动切换为10V档，大于10V则自动切换为100V档，大于100V则自动切换为1000V档；电压降低则反之；最终再次进行AD采样；将计算出来的电压值送入LCD液晶显示电路。
其中，所述的高阻分压电路，如图2所示，R1位10MΩ，R2为分压电阻，通过量程换挡电路选择；1V档时为10MΩ，10V档时为510kΩ，100V档时为51 kΩ，1000V档位5.1 kΩ；D1，D2为两2.4V稳压二极管，R3为1 kΩ电阻；D1,D2,R3形成过电压保护电路；当分压之后电压大于3V时，D1，D2导通，电压经过 R1、D1、D2、R3分压，分压输入电压不大于3V；然后经过带调零功能的运算放大器OP07组成的电压跟随器；最终再经过1/5小电阻分压，输出±200mV的小信号电压输出。
其中，所述的量程自动选择电路，如图3所示，功能由MCU内部软件完成，MCU根据每次测量值，与量程表比较，辨别当前量程，然后控制自动换挡电路，切换到相对应的量程中；自动量程换挡电路中，信号输入经过红笔接入到电阻R1，黑笔接地；型号为CD4066四路模拟开关芯片14脚接正电源，7脚接负电源；2脚、3脚、9脚、10脚、四路模拟开关的公共端与R1电阻相连；1脚、4脚、8脚、11脚分别接四个分压电阻，对应1V档，10V档，100V档，1000V档；13脚，5脚、6脚、12脚分别由MCU控制，D1、D2、R3组成过电压保护电路，D1，D2为2.4V稳压管，当信号经电阻分压后电压大于2.4V；D1，D2导通，运算放大器3脚输入电压钳制再3V以下；运算放大器OP07的7脚、4脚分别接正负电源；2脚、与6脚短路组成一个电压跟随器；1脚、8脚之间接入一个电位器，用于调节零点电压；R4、R5、R6组成后级分压电路，分压为±200mV电压给交直流换挡电路处理。
其中，所述的交流自动切换电路，如图4所示，功能由MCU内部软件完成，上电默认为直流档，MCU连续测量值有正负变化时，判断为交流档，MCU控制交直流自动切换电路，切换到交流档；交直流自动切换电路型号为CD4066四路模拟开关芯片14脚接正电源，7脚接负电源；2脚、9脚接前级输入信号；AC\DC转换芯片AD736与运算放大器OP07组成AC\DC转换电路，CD4066的8脚接AC\DC转换电路的输入端；运算放大器OP07 的7脚、4脚分别接正负电源；2脚、与6脚短路组成一个电压跟随器；1脚、8脚之间接入一个电位器，用于调节零点电压6脚为AC\DC电路输出，接CD4066的3脚；CD4066的1脚与4脚相连，为经过交直流转换之后的输入信号，与AD芯片MCP3421的1脚相连。
其中，所述的AC-DC转换采样电路，AD芯片MCP3421的3脚跟4脚与MCU控制IO相连，工作于I2C通讯协议。
其中，所述的MCU控制电路，MCU芯片选用STM8S003K3T6，使用内部RC振荡器，8K FLASH内存1K RAM，其复位电路由一个电阻和电容构成，其功能用于检测开关机按键，控制开关机电路；采集AD值并记性交直流切换，采样AD值进行量程档位切换。
其中，所述的LCD液晶显示电路，LCD屏采用6位段码LCD，驱动采用笔段LCD专用芯片HT1621驱动，HT1621的控制脚与MCU相连，当MCU最终采样到电压值时，送入LCD液晶显示电路显示。
本发明高内阻交直流通用电压表是1000V以下交直流电压测试的“傻瓜表”和“安全表”；电压表仅有两根表棒和一个开关键，测量电压时，无需进行交直流档和量程的切换及选择，避免因档位和量程选择错误造成的电压表损坏，以及对被测设备的影响；同时，该电压表的高内阻特征，使得电压表对被测设备呈高阻状态，整个被测回路电流不大于10mA，避免电压表在被测设备回路产生的电流影响，特别是在变电站的继电保护出口压板回路中，即使继电保护出口已动作的情况下，也不会因为电压表测量的缘故而跳闸；高内阻交直流通用电压表在变电站等一些场合使用，将提高工作效率和工作安全性。
Claims (4)
1.高内阻交直流通用电压表，其特征在于：该电压表的电路由高阻分压电路、量程自动选择电路、交直流自动切换电路、AC-DC转换采样电路、MCU控制电路、LCD液晶显示电路和电源电路组成；所述的高阻分压电路接入测量信号，输出端与量程自动选择电路相连；所述量程自动选择电路与交直流自动切换电路相连，其控制端与MCU控制电路相连；所述交直流自动切换电路与AC-DC转换采样电路相连，其控制端与MCU控制电路相连；所述AC-DC转换采样电路与MCU控制电路相连；LCD液晶显示电路与MCU控制电路相连；所述的MCU控制电路采用STM8S系列STM8S005K3T6芯片，AC-DC转换采样电路采用MCP3421芯片，量程自动选择电路采用CD4066芯片，LCD液晶显示电路采用HT1621液晶驱动芯片。
2. 根据权利要求1所述的高内阻交直流通用电压表，其特征在于：所述的高内阻交直流通用电压表的输入信号经过高阻分压电路，对测量回路呈高阻状态；高阻分压电路的R1位10MΩ，R2为分压电阻，通过量程换挡电路选择；1V档时为10MΩ，10V档时为510kΩ，100V档时为51 kΩ，1000V档位5.1 kΩ；在测量范围内任何电压数值下，电压表的测量电流不大于10毫安。
3. 根据权利要求1所述的高内阻交直流通用电压表，其特征在于：所述的高内阻交直流通用电压表的输入信号经过高阻分压电路后，直接送入AD采样芯片MCP3421测量±2.048V电压；如果多次采样值，基本相等，则保持直流档；如果多次采样值出现有正负变化，则切换为交流档。
4. 根据权利要求1所述的高内阻交直流通用电压表，其特征在于：所述的量程自动选择电路的功能由MCU控制完成，MCU根据每次测量值，与量程表比较，辨别当前量程，然后控制自动换挡电路，切换到相对应的量程中；所述的高内阻交直流通用电压表的量程分为四档，1V、10V、100V、1000V；根据采样计算出的电压值，如果大于1V则自动切换为10V档，大于10V则自动切换为100V档，大于100V则自动切换为1000V档；电压降低则反之。
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Application publication date: 20151028 |
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