CN105022013A - 一种可编程电阻校验仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可编程电阻校验仪。其包括系统主机及与其电路连接的待测产品，系统主机包括一高精度可编程电阻模块，所述可编程电阻模块的输出端与一显示模块相连，其输入端分别与总线通讯模块、电源模块和按键模块相连，系统主机通过通讯模块或按键模块接收命令，经过可编程电阻模块的运算处理输出设定的电阻值到外部。本发明可编程电阻校验仪是一种完全数字式的可编程电阻输出方式，有以下特点：输出电阻范围连续，可以实现脱机编程配置电阻的输出范围和在线实时控制电阻的输出，带有CAN？Bus、RS-485、以太网等常用网络通讯接口，方便与现有的自动化测试设备集成；长时间使用不会产生机械磨损等误差，造价较低。

Description

一种可编程电阻校验仪

技术领域

本发明涉及电子测量技术领域，特别涉及一种高精度无极可编程电阻校验仪。

背景技术

产品在检验过程中，针对电阻型信号的测量与检测一般是通过滑动变阻器和电阻箱来模拟外部电阻信号的输入；根据外部已知的模拟信号阻值来检查被测产品的预期表现来检验产品的好坏。这样做最大的缺点是：1、需要检验员干预测量过程，在电阻信号的输出过程中会引入检验员的主观因素，可能会带来检验误差；2、另一方面是虽然被测产品可以通过总线或显示器件来指示测量的电阻信号，但是由于电阻信号的变化需要人工调节，检测过程自动化程度低，不利于实现产品检验的自动化；3、机械触点式的电阻箱和滑动变阻器，使用时间变长后会由于机械磨损造成误差，影响检验结果；4、检测效率低；目前常用的另一种电阻输出方式是，使用继电器阵列程控输出一定范围内的电阻值。这样虽然可以实现电阻输出的自动化控制，但也有缺点：1、继电器通断时噪音大；2、继电器触点随着使用时间的增加会增大接触电阻，影响输出精度；3、电阻的输出不能细分，难以实现连续的无极调节，分辨率在Ω级别；4、系统造价很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度无极可编程电电阻校验仪。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种可编程电阻校验仪，其包括系统主机及与其电路连接的待测产品，所述系统主机包括一高精度可编程电阻模块，所述可编程电阻模块的输出端与一显示模块相连，其输入端分别与总线通讯模块、电源模块和按键模块相连，系统主机通过通讯模块或按键模块接收命令，经过可编程电阻模块的运算处理输出设定的电阻值到外部。

在优选的实施例中，所述待测产品为万用表的Ω测量档位，所述系统主机内设置有可供万用表的Ω测量档位匹配连接的输出端和地线端。

在优选的实施例中，所述可编程电阻模块包括：微处理器、AD转换模块、DA转换模块、缓冲器、运算放大器、切换控制电路模块、和标准电阻；所述待测产品输出电压Ui至可编程电阻模块，Ui分两路传送，其中一路电压经AD转换模块进入微处理器MCU，再经过计算转换为实际的输入参考电压Ur，以供计算使用；另一电压路经过缓冲器、并且在保证其电压不变的情况下增大电流驱动能力，再经过DA转换模块输出至运算放大器，后经放大、缓冲进入到切换控制电路模块，切换控制电路模块根据不同的电阻输出范围，改变连接到测量电路中的标准电阻的大小来调节输出电阻。

在优选的实施例中，所述可编程电阻模块的控制流程依序包括：首先接收用户总线或按键命令、然后测量并计算输入电压值、微处理器MCU计算DA输出数值、调节标准电阻切换、最后再重复接收用户总线或按键命令。

在优选的实施例中，所述微处理器MCU包括输入处理模块、计算模块和信息显示处理模块，所述输入处理模块包括网络命令处理模块和按键处理模块，所述计算模块包括电压采集模块、DA输出计算模块和范围计算及电阻切换模块。

在优选的实施例中，所述微处理器MCU的控制流程依序包括：首先通过所述网络命令处理模块检查有没有收到网络命令，如果收到网络设置命令则进入电压采集模块的运算，否则检查按键处理模块是否收到按键命令，如果同时没有按键输入，则程序返回到网络命令处理模块检查有没有收到网络命令，否则进入电压采集模块采集输入电压，然后，计算模块根据用户的命令计算要输出的电压范围，同时通过范围计算及电阻切换模块和DA输出计算模块模块来控制加在模块上的电流以控制输出电阻的值，最后所有运行信息通过显示模块信息显示处理模块显示，一个周期的控制流程完成。

在优选的实施例中，所述系统主机支持CAN、485和以太网通讯接口，所述以太网通讯内置有TCP/IP协议。

在优选的实施例中，所述系统主机内部还设置有温度检测电路及抑制电路。

本发明可编程电阻校验仪的有益效果在于：通过总线网络命令实时在线配置输出电阻的值，可方便与自动化测试设备联网工作，由于没有机械触点，设备使用寿命长，无噪音，并具有温度补偿功能，保证输出电阻具有较高的精度，并能在较大温度范围内稳定工作，离线设定可以不依赖于控制设备自动根据用户设置输出电阻，大大提高车间的生产效率，相比继电器阵列可变电阻输出，设备造价很低。

附图说明

图1为一实施例中可编程电阻校验仪的系统框图。

图2为图1中所述可编程电阻模块的系统及运算框图。

图3为一实施例待检测产品电阻输入通道的内部结构图。

图4为标准电阻在系统中的等效连接方式图。

图5为可编程电阻模块的控制流程图。

图6为微处理器MCU的结构框图。

图7为微处理器MCU的控制流程图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图对本发明可编程电阻校验仪作进一步详细描述。

请参见图1，一种可编程电阻校验仪，其包括系统主机及与其电路连接的待测产品10，其中系统主机包括一高精度可编程电阻模块60，该可编程电阻模块60的输出端与一显示模块70相连，其输入端分别与总线通讯模块30、电源模块40和按键模块50相连，系统主机通过通讯模块30或按键模块40接收命令，经过可编程电阻模块60的运算处理输出设定的电阻值到外部。

在本实施例中，待测产品10为万用表的Ω测量档位，它可以精确地指示模块的输出电阻值并实时地显示出来，用于作为可编程电阻的输出信号的测试，系统主机内设置有可供万用表的Ω测量档位匹配连接的输出端和地线端。

总线通讯模块30支持RS485、CAN、符合IEEE802.3相关标准的以太网接口等标准通讯接口，方便与生产线上的分布式控制系统(Distributed Control System简称DCS)或是工业控制计算机(Industrial Personal Computer简称IPC)进行系统集成；电源模块40为整个系统供电；按键模块50用于方便快速进行各种参数设置、可编程电阻模块60是本发明的核心模块，其根据按键模块50的设定或是总线通讯模块30的总线命令控制输出期望的电阻值给检测系统使用；显示模块70用于实时输出系统的工作状态和相关数据，供分析检查使用。

请参见图2，可编程电阻模块包括：微处理器62、AD转换模块61、DA转换模块65、缓冲器64、运算放大器66、切换控制电路模块68、和标准电阻63；在输入电压一定的情况下，通过改变测量回路的电流，就可以改变被测回路的等效电阻，可编程电阻就是运用基本的欧姆定律，通过改变待测回路的电流进而达到改变整个回路的等效电阻。

    待检测产品的电阻输入通道内部结构如图3所示，该待测回路的电压时由待测产品内部的电路提供，在此，将待测产品的输出电压记为Ui，待测产品输出电压Ui至可编程电阻模块，Ui分两路传送，其中一路电压经AD转换模块进入微处理器MCU，再经过计算转换为实际的输入参考电压Ur，以供计算使用；另一电压路经过缓冲器、并且在保证其电压不变的情况下增大电流驱动能力，再经过DA转换模块输出至运算放大器，后经放大、缓冲进入到切换控制电路模块，切换控制电路模块根据不同的电阻输出范围，改变连接到测量电路中的标准电阻的大小来调节输出电阻，其中， DA转换模块输出电压大小受MCU单元的控制，假设其DA转换精度是n Bit,则其输出到运算放大器66的电压值范围是：

(公式2)，其中x是MCU可控的控制输出，通过使用DA模块可以任意改变对参考电压Ur的分压，这一部分是可编程电阻硬件设计中的关键部分，经过DA控制输出的电压Uf经过放大、缓冲进入到切换控制电路68，切换控制电路的作用是根据不同的电阻输出范围，改变连接到测量电路中的标准电阻63的大小来调节输出电阻。

    标准电阻在系统中的等效连接方式如图4所示，其中Ui是待测产品内部输出的电压，Uf是经过DA转换后的电压。箭头代表的是实际的电流方向。计算公式：  (公式3)，联合公式1、公式2和公式3得出如下的等效电阻计算公式：  (公式4)，其中Ui=Ur，                        (公式5)，令：  (公式6)，则最终公式可化简为：                               (公式7)，其中k是可以通过单片机进行控制的一个变量，Rs是高精度的标准电阻，是已知的常量。MCU通过接收总线命令或用户的按键设置，根据采集到的输入电压和期望输出电阻值，来更改DA的控制系数和标准电阻的切换来实现高精度合成电阻的输出。

请参见图5，可编程电阻模块的控制流程依序包括：首先接收用户总线或按键命令、然后测量并计算输入电压值、微处理器MCU计算DA输出数值、调节标准电阻切换、最后再重复接收用户总线或按键命令。

请参见图6，微处理器MCU包括输入处理模块、计算模块和信息显示处理模块，输入处理模块包括网络命令处理模块和按键处理模块，计算模块包括电压采集模块、DA输出计算模块和范围计算及电阻切换模块，其中网络通讯模块和按键模块用来响应用户的设置，方便进行系统集成或自动输出设置。显示模块处理显示系统运行中的各种状态参数。计算模块则根据用户的输入实时控制DA的数值，调节输出。

请参见图7，系统上电运行后，首先通过所述网络命令处理模块检查有没有收到网络命令，如果收到网络设置命令则进入电压采集模块的运算，否则检查按键处理模块是否收到按键命令，如果同时没有按键输入，则程序返回到网络命令处理模块检查有没有收到网络命令，否则进入电压采集模块采集输入电压，然后，计算模块根据用户的命令计算要输出的电压范围，同时通过范围计算及电阻切换模块和DA输出计算模块模块来控制加在模块上的电流以控制输出电阻的值，最后所有运行信息通过显示模块信息显示处理模块显示，一个周期的控制流程完成。

优选的，系统主机支持CAN、485和以太网通讯接口，CAN和485 总线一般的MCU都支持此接口。以太网通讯对单片机的要求较高，需要内置TCP/IP协议。为了简化设计，选用现成的以太网转串口模块，实现用较小的软件开销，给设备增加以太网的通讯功能。MCU都带有串口，只需占用MCU的两根串口线就可以实现给低端MCU增加以太网通讯的功能。

另外，温度漂移对可编程电阻的影响较大，长时间使用后，虽然不会像有机械触点的设备那样出现老化的问题，但由于使用的运算放大器在温度变化时会影响其电压输出，进而影响到电阻的输出精度。为此专门在硬件设计上增加温度检测及抑制电路，并选用高性能的运放来抑制温度漂移。

在进行批量产品标定时，如果测试线上没有DCS或IPC等通讯设备，可以使用按键设置输出电阻的范围。设备会将输出范围存储在存储器中。根据程序设定自动输出期望的电阻值供检测使用。实现自动化测量。

综上，本发明可编程电阻校验仪，通过总线网络命令实时在线配置输出电阻的值，可方便与自动化测试设备联网工作，由于没有机械触点，设备使用寿命长，无噪音，并具有温度补偿功能，保证输出电阻具有较高的精度，并能在较大温度范围内稳定工作，离线设定可以不依赖于控制设备自动根据用户设置输出电阻，大大提高车间的生产效率，相比继电器阵列可变电阻输出，设备造价很低。

本发明可编程电阻校验仪是一种完全数字式的可编程电阻输出方式，有以下特点：输出电阻范围连续，最小分辨率根据选用的DA的精度和标准电阻的精度可达到mΩ级别；可以实现脱机编程配置电阻的输出范围和在线实时控制电阻的输出；带有CAN Bus、RS-485、以太网等常用网络通讯接口，方便与现有的自动化测试设备集成；由于是全数字设计，长时间使用不会产生机械磨损等误差。

虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (8)

1.一种可编程电阻校验仪，其包括系统主机及与其电路连接的待测产品，其特征在于，所述系统主机包括一高精度可编程电阻模块，所述可编程电阻模块的输出端与一显示模块相连，其输入端分别与总线通讯模块、电源模块和按键模块相连，系统主机通过通讯模块或按键模块接收命令，经过可编程电阻模块的运算处理输出设定的电阻值到外部。

2.根据权利要求1所述的可编程电阻校验仪，其特征在于，所述待测产品为万用表的Ω测量档位，所述系统主机内设置有可供万用表的Ω测量档位匹配连接的输出端和地线端。

3.根据权利要求1所述的可编程电阻校验仪，其特征在于，所述可编程电阻模块包括：微处理器、AD转换模块、DA转换模块、缓冲器、运算放大器、切换控制电路模块、和标准电阻；所述待测产品输出电压Ui至可编程电阻模块，Ui分两路传送，其中一路电压经AD转换模块进入微处理器MCU，再经过计算转换为实际的输入参考电压Ur，以供计算使用；另一电压路经过缓冲器、并且在保证其电压不变的情况下增大电流驱动能力，再经过DA转换模块输出至运算放大器，后经放大、缓冲进入到切换控制电路模块，切换控制电路模块根据不同的电阻输出范围，改变连接到测量电路中的标准电阻的大小来调节输出电阻。

4.根据权利要求3所述的可编程电阻校验仪，其特征在于，所述可编程电阻模块的控制流程依序包括：首先接收用户总线或按键命令、然后测量并计算输入电压值、微处理器MCU计算DA输出数值、调节标准电阻切换、最后再重复接收用户总线或按键命令。

5.根据权利要求3所述的可编程电阻校验仪，其特征在于，所述微处理器MCU包括输入处理模块、计算模块和信息显示处理模块，所述输入处理模块包括网络命令处理模块和按键处理模块，所述计算模块包括电压采集模块、DA输出计算模块和范围计算及电阻切换模块。

6.根据权利要求5所述的可编程电阻校验仪，其特征在于，所述微处理器MCU的控制流程依序包括：首先通过所述网络命令处理模块检查有没有收到网络命令，如果收到网络设置命令则进入电压采集模块的运算，否则检查按键处理模块是否收到按键命令，如果同时没有按键输入，则程序返回到网络命令处理模块检查有没有收到网络命令，否则进入电压采集模块采集输入电压，然后，计算模块根据用户的命令计算要输出的电压范围，同时通过范围计算及电阻切换模块和DA输出计算模块模块来控制加在模块上的电流以控制输出电阻的值，最后所有运行信息通过显示模块信息显示处理模块显示，一个周期的控制流程完成。

7.根据权利要求1所述的可编程电阻校验仪，其特征在于，所述系统主机支持CAN、485和以太网通讯接口，所述以太网通讯内置有TCP/IP协议。

8.根据权利要求1所述的可编程电阻校验仪，其特征在于，所述系统主机内部还设置有温度检测电路及抑制电路。