一种数字万用表
技术领域
本发明属于电子测量技术领域,具体涉及一种数字万用表。
背景技术
现有的数字万用表一般由显示屏、显示屏驱动电路、译码显示电路或MUC数显驱动电路、数字万用表电路、电池组成。所述显示驱动电路连接译码显示电路或MUC数显驱动电路;所述译码显示电路或MUC数显驱动电路连接数字万用表电路;所述电池连接数字万用表电路和译码显示电路或MUC数显驱动电路。数字万用表进行测试时,将测量信号输入数字万用表电路,通过数字万用表电路变换成数字量,再由译码显示电路或MUC数显驱动电路将测量结果显示出来。然而,实际测量过程中,当数字万用表的电池电压下降到一定程度时,数字万用表能够测量但会产生较大误差或完全误测,导致测量者对被测信号做出误判,例如,在电压测量功能中,有可能会认为被测线路电压没有供电,从而使测量者受到伤害,或是测量者以误测数据为依据继续测量其他参数,可能导致数字万用表受损。因此,本发明提出一种数字万用表,其能根据当前电压值精准控制数字万用表,保护仪器并做出告警提示,保证测量者人身安全。
现有技术的电池监测电路,采用分压电阻、模数转换器、处理器以及报警器实现,在采集电池电压时,需要开启处理器和模数转换器,由电池直接向处理器和模数转换器供电,再通过模数转换器将电池电压转换为数字量,由处理器根据模数转换器的输出对外围设备进行控制。由于处理器和模数转换器上产生的电流会使得电池上产生压降,从而影响电池的电压采集和电量判断的准确度,因此现有的技术方案无法解决本发明提出的技术问题。
公开号为CN106546920A,公开日为2017.3.29的发明专利《电池监测电路及系统》,其公开了一种电池监测电路,通过分压电阻对电池电压进行分压,然后采用比较器用于获取分压电阻的电压,比较器的输入端与分压电阻连接,进而采用数字逻辑模块与所述比较器的输出端连接,用于根据比较器的输出获取电池的电量。该技术方案采用比较器和数字逻辑模块相结合的方式得到当前电池电量,但是由于其输出值,即当前电池电量,仅仅只是一个单一信号,只能对外围设备进行简单控制,例如:控制开关,控制报警电路开启,单一的输出信号无法解决本发明提出的技术问题——防止万用表损害以及控制数字万用表内部固有的数字万用表电路做出告警提示。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供一种数字万用表,其能够监测电池电压,当电池处于低压状态时,使测量者无法获取存在较大误差或者完全误测的测量数据,且还能进一步做出告警提示,从而避免了测量者对被测信号做出误判或被伤害的危险。
本发明的技术方案如下:
一种数字万用表,包括显示屏、显示屏驱动电路、数字万用表电路以及电池单元,所述数字万用表还包括MCU电路、电压转换与监测电路,所述电压转换与监测电路的输出端包括工作电压Vdd端和分压点ADC0,所述显示屏、显示屏驱动电路、MCU电路以及数字万用表电路顺次连接,所述电池单元连接所述电压转换与监测电路,所述MCU电路和数字万用表电路接入所述电压转换与监测电路的工作电压Vdd端,所述MCU电路还连接所述电压转换与监测电路的分压点ADC0。
更优地,所述电压转换与监测电路包括开关元件、第一滤波单元、电压转换单元、第二滤波单元、第三滤波单元以及分压单元,所述开关元件、电压转换单元串联于电池单元的正极和负极之间,所述第一滤波单元并联于所述电压转换单元的输入端和电池单元负极之间,所述第二滤波单元并联于所述电压转换单元的输出端和电池单元负极之间,所述分压单元串联于所述电池单元的正极和负极之间,所述第三滤波单元并联于所述分压单元的分压点ADC0与电池单元负极之间;所述电压转换单元的输出经过所述第二滤波单元滤波后,提供所述工作电压Vdd端,所述电压转换单元的Vdd端连接所述数字万用表电路和MCU电路,为所述数字万用表电路和MCU电路提供工作电压,所述分压点ADC0接入所述MCU电路。
更优地,所述电池单元为一电池BAT1,所述开关元件为二极管D1,所述第一滤波单元包括相互并联的电容C2和电容C3,所述电压转换单元为电压转换集成电路U4,所述第二滤波单元包括相互并联的电容C4和电容C5,所述第三滤波单元为电容C1,所述分压单元为相互串联的电阻R5和电阻R6;所述电池BAT1的正极连接所述二极管D1的正极,所述二极管D1的负极连接所述电压转换集成电路U4的输入端Vin,所述电容C2和C3并联到所述电压转换集成电路U4的输入端Vin和电池BAT1负极之间,所述电容C4和C5并联到所述电压转换集成电路U4的输出端Vout和电池BAT1负极之间,所述电阻R5和R6串联到电池BAT1的正极和负极之间,所述电容C1并联在电阻R6上,所述电容C1对电阻R5和电阻R6的分压点ADC0进行滤波,所述分压点ADC0接入所述MCU电路,所述电压转换集成电路U4的输出经过所述电容C4和C5滤波后提供所述工作电压Vdd端,所述工作电压Vdd端连接所述数字万用表电路和MCU电路,为所述数字万用表电路和MCU电路提供工作电压。
更优地,所述MCU电路为单片机U1,所述显示屏驱动电路为显示驱动芯片U2,所述数字万用表电路为数字万用表集成电路U3;
所述显示驱动芯片U2的控制引脚CS、WR和数据传输引脚DATA分别对应连接单片机U1的I/O口PC5、PC6、PC7,当电池单元的电压被监测下降至阈值时,单片机U1通过所述I/O口PC5、PC6、PC7控制所述显示驱动芯片U2,利用显示屏提醒测量者,其提醒方式包括:1、显示屏显示告警字符,不显示数字;2、显示屏上的字符规律性的显示与熄灭,实现屏幕闪烁,3、显示屏熄灭,关闭显示;
所述数字万用表集成电路U3的控制引脚NCS、ALE、NWR、NRD和数据传输引脚AD0、AD1、AD2、AD3分别对应连接单片机U1的I/O口PB0~PB7,当电池单元的电压被监测下降至阈值时,单片机U1通过所述I/O口PB0~PB7控制所述数字万用表集成电路U3的数据传输和网络通路设置,使网络通路被设置为最安全的测量模式和/或关闭对应的输入信号,以最大限度保护仪器与测量者的安全;
所述单片机U1的电源端和数字万用表集成电路U3的电源端均连接所述电压转换与监测电路的工作电压Vdd端,所述单片机U1的I/O口PA6连接所述分压节点ADC0。
更优地,所述数字万用表还包括一告警电路,所述告警电路为以下电路中的任意一种或以下电路的任意组合:声音告警电路、指示灯告警电路以及震动告警电路;所述告警电路接入所述MCU电路。
更优地,所述声音告警电路包括电阻R1、电阻R2、三极管Q1和蜂鸣器BUZ1,所述电阻R2的一端接入所述MCU电路,另一端连接所述电阻R1和三极管Q1的B极,所述电阻R1的另一端和所述三极管Q1的E极接入所述电压转换与监测电路的工作电压Vdd端,所述三极管Q1的C极连接所述蜂鸣器BUZ1。
更优地,所述指示灯告警电路包括电阻R3、电阻R4、发光二极管LED1以及三极管Q2,所述电阻R4的一端接入所述MCU电路,另一端连接所述三极管Q2的B极,所述三极管Q2的C极连接所述发光二极管LED1的负极,所述发光二极管LED1的正极连接所述电阻R3,所述电阻R3的另一端接入所述电压转换与监测电路工作电压Vdd端。
更优地,所述震动告警电路包括电阻R8、电阻R7、三极管Q3以及震动电机MG1,所述电阻R8的一端接入所述MCU电路,另一端连接所述电阻R7和三极管Q3的B极,所述电阻R7的另一端和所述三极管Q3的E极接入所述电压转换与监测电路工作电压Vdd端,所述三极管Q3的C极连接所述震动电机MG1。
本发明具有如下有益效果:
1、本发明通过电压转换与监测电路,为数字万用表内的芯片提供稳定的工作电压,避免电流损耗对电池电压的监测产生干扰,提高采样准确度;
2、本发明通过MCU电路对分压点电压进行模数转换,提高转换精确度,并通过MCU电路控制数字万用表集成电路,将数字万用表电路设置为最安全的测量模式和/或关闭对应的输入信号,以最大限度保护仪器与测量者的安全;通过MCU电路控制显示屏驱动电路,使显示屏做出告警提示;
3、本发明还通过告警电路,进一步增强低电量警示效果,确保测量者能够接收到数字万用表给出低电量反馈;
因此,本发明提供了一种具有电池低电量提醒且能够保护设备本身的数字万用表,其采样准确度高,在电池电量低数字万用表无法给出准确测量值时,能够避免数字万用表受损,且能够使测量者无法获取存在较大误差或完全误测的测量数据,从而避免了测量者对被测信号做出误判或被伤害的危险。同时,本发明以简单的电路结构实现电池电量检测,降低成本。
附图说明
图1为本发明一种数字万用表的结构示意图;
图2为本发明一种数字万用表的电压转换与监测电路原理图;
图3为本发明一种数字万用表的电路图;
图4为本发明一种数字万用表声音告警电路示意图;
图5为本发明一种数字万用表指示灯告警电路示意图;
图6为本发明一种数字万用表震动告警电路示意图。
图中附图标记表示为:
1-显示屏、2-显示屏驱动电路、3-MCU电路、4-数字万用表电路、5-电压转换与监测电路、6-电池单元、7-告警电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
实施例一
请参阅图1,一种数字万用表,包括显示屏1、显示屏驱动电路2、MCU电路3、数字万用表电路4、电压转换与监测电路5以及电池单元6,所述电压转换与监测电路5的输出端包括工作电压Vdd端和分压点ADC0,所述显示屏1、显示屏驱动电路2、MCU电路3以及数字万用表电路4顺次连接,所述电池单元6连接所述电压转换与监测电路5,所述MCU电路3和数字万用表电路4接入所述电压转换与监测电路5的工作电压Vdd端,所述MCU电路3还连接所述电压转换与监测电路5的分压点ADC0。
其工作原理是:通过电压转换与监测电路5得到数字万用表中各模块电路所需的工作电压Vdd以及分压点ADC0(即电压监测点)的电压。MCU电路3将接收到的分压点ADC0的电压值进行处理、分析,实现对电池单元6的电量监测,当电池单元6的电量被监测下降的设定的值时,由MCU电路3输出多路信号控制显示屏驱动电路2和数字万用表电路4,具体的,1、通过MCU电路3将数字万用表电路4设置为最安全的测量模式和/或关闭对应的输入信号,以最大限度保护仪器与测量者的安全;2、通过MCU电路3控制显示屏驱动电路2,使显示屏1做出告警提示,其方式包括:1、显示屏1显示告警字符,不显示数字,例如,显示屏利用液晶屏的“”字段组成显示“”告警字符;2、显示屏1上的字符规律性的显示与熄灭,实现屏幕闪烁,3、显示屏熄灭,关闭显示;上述三种方式可以任意选用一种,也可以任意组合。
实施例二
在本实施例中,对所述电压转换与监测电路5给出了具体的实施方式:
所述电压转换与监测电路5包括开关元件、第一滤波单元、电压转换单元、第二滤波单元、第三滤波单元以及分压单元,所述开关元件、电压转换单元串联于电池单元6的正极和负极之间,所述第一滤波单元并联于所述电压转换单元的输入端和电池单元6负极之间,所述第二滤波单元并联于所述电压转换单元的输出端和电池单元6负极之间,所述分压单元串联于所述电池单元6的正极和负极之间,所述第三滤波单元并联于所述分压单元的分压点ADC0与电池单元6负极之间;所述电压转换单元的输出经过所述第二滤波单元滤波后,提供所述工作电压Vdd端,所述电压转换单元的Vdd端连接所述数字万用表电路4和MCU电路3,为所述数字万用表电路4和MCU电路3提供工作电压,所述分压点ADC0接入所述MCU电路3。
所述开关元件用于防止电池极性反接损坏数字万用表;所述第一滤波单元对所述电压转换单元的输入电压进行滤波,降低输入干扰;所述第二滤波单元对所述电压转换单元的输出进行滤波,降低输出干扰,为MCU电路3和数字万用表电路4提供稳定的工作电压;所述第三滤波单元对分压点ADC0(即电压监测点)的电压进行滤波,确保MCU电路3的采样准确,进而保证MCU电路3做出的输出控制准确无误。
下面结合一具体实现电路对实施例二进一步阐述:
请参阅图2,所述电池单元6为一电池BAT1,所述开关元件为二极管D1,所述第一滤波单元包括相互并联的电容C2和电容C3,所述电压转换单元为电压转换集成电路U4,所述第二滤波单元包括相互并联的电容C4和电容C5,所述第三滤波单元为电容C1,所述分压单元为相互串联的电阻R5和电阻R6;所述电池BAT1的正极连接所述二极管D1的正极,所述二极管D1的负极连接所述电压转换集成电路U4的输入端Vin,所述电容C2和C3并联到所述电压转换集成电路U4的输入端Vin和电池BAT1负极之间,所述电容C4和C5并联到所述电压转换集成电路U4的输出端Vout和电池BAT1负极之间,所述电阻R5和R6串联到电池BAT1的正极和负极之间,所述电容C1并联在电阻R6上,所述电容C1对电阻R5和电阻R6的分压点ADC0进行滤波,所述分压点ADC0接入所述MCU电路3,所述电压转换集成电路U4的输出经过所述电容C4和C5滤波后提供所述工作电压Vdd端,所述工作电压Vdd端连接所述数字万用表电路4和MCU电路3,为所述数字万用表电路4和MCU电路3提供工作电压。
实施例三
本实施例三可以结合实施例一或/和实施例二进行实施,具体如下:
请参阅图3,所述MCU电路3为单片机U1,所述显示屏驱动电路2为显示驱动芯片U2,所述数字万用表电路4为数字万用表集成电路U3;例如,所述单片机U1可以选用型号为STM8L052芯片,所述显示驱动芯片U2可以选用GA1621芯片,所述数字万用表集成电路U3可以选用FS9701芯片;
所述显示驱动芯片U2的控制引脚CS、WR和数据传输引脚DATA分别对应连接单片机U1的I/O口PC5、PC6、PC7,当电池单元6的电压被监测下降至监测阈值时,单片机U1通过所述I/O口PC5、PC6、PC7控制所述显示驱动芯片U2,利用显示屏提醒测量者,其提醒方式包括:1、显示屏1显示告警字符,不显示数字,例如,利用液晶屏的“”字段组成显示“”告警字符;2、显示屏1上的字符规律性的显示与熄灭,实现屏幕闪烁,3、显示屏熄灭,关闭显示。需要说明的是,所述单片机U1的I/O口PC5、PC6、PC7的输出值需要以显示驱动芯片U2 数据手册对控制引脚CS、WR和数据传输引脚DATA的定义为依据,本领域技术人员参阅数据手册即可实现,在此不具体说明。
所述数字万用表集成电路U3的控制引脚NCS、ALE、NWR、NRD和数据传输引脚AD0、AD1、AD2、AD3分别对应连接单片机U1的I/O口PB0~PB7,当电池单元6的电压被监测下降至监测阈值时,单片机U1通过所述I/O口PB0~PB7控制所述数字万用表集成电路U3的数据传输和网络通路设置,使网络通路被设置为最安全的测量模式和/或关闭对应的输入信号,以最大限度保护仪器与测量者的安全;具体地,当电池单元6的电压被监测下降至监测阈值时,数字万用表设置为电压、电流测量模式时,数字万用表集成电路U3的网络通路被设置为最大量程测量档,降低测量信号的分压值以保护数字万用表集成电路U3内部转换电路;数字万用表设置为电阻、电容、二极管、温度、频率测量模式时, 数字万用表集成电路U3的网络通路被设置断电状态,禁止输出测试电压信号和电流信号,以保护外部被测电路,同时也禁止了外部信号的输入以保护数字万用表集成电路U3内部转换电路;
所述单片机U1的电源端和数字万用表集成电路U3的电源端均连接所述电压转换与监测电路5的工作电压Vdd端,所述单片机U1的I/O口PA6连接所述分压节点ADC0,所述分压节点ADC0的电压值经过单片机U1内部的模数转换器将分压点ADC0的电压变换成数字量,由单片机U1对数字量进行分析处理来实现对电池BAT1的电量监测,通过单片机U1进一步确保转换的精确度和输出的准确度。
实施例四
请参阅图4至图6,本实施例四较实施例一的区别技术特征在于:本发明一种数字万用表还包括一告警电路7,所述告警电路7为以下电路中的任意一种或以下电路的任意组合:声音告警电路、指示灯告警电路以及震动告警电路;所述告警电路7接入所述MCU电路3。所述告警电路能够进一步加强低电量时警示效果,防止因测量者的疏忽而忽略了低电量警示,确保测量者能够接收到数字万用表给出低电量反馈。
以下分别给出了声音告警电路、指示灯告警电路以及震动告警电路的一种较优的电路实现方式,但不局限为本实施例四中给出的电路形式。
请参阅图4,所述声音告警电路包括电阻R1、电阻R2、三极管Q1和蜂鸣器BUZ1,所述电阻R2的一端接入所述MCU电路3,另一端连接所述电阻R1和三极管Q1的B极,所述电阻R1的另一端和所述三极管Q1的E极接入所述电压转换与监测电路5的工作电压Vdd端,所述三极管Q1的C极连接所述蜂鸣器BUZ1。具体地,结合实施例三,所述电阻R2的一端接入所述单片机U1的I/O口PA0。
当电池BAT1的电量下降到监测阈值时,单片机U1的I/O口PA0产生蜂鸣器告警电路驱动信号,蜂鸣器BUZ1发出规律的响声以从听觉的角度提示测量者。
请参阅图5,所述指示灯告警电路包括电阻R3、电阻R4、发光二极管LED1以及三极管Q2,所述电阻R4的一端接入所述MCU电路3,另一端连接所述三极管Q2的B极,所述三极管Q2的C极连接所述发光二极管LED1的负极,所述发光二极管LED1的正极连接所述电阻R3,所述电阻R3的另一端接入所述电压转换与监测电路5工作电压Vdd端。具体地,结合实施例三,所述电阻R4的一端接入所述单片机U1的I/O口PA7。
当电池BAT1的电量下降到监测阈值时,单片机U1的I/O口PA7产生指示灯告警电路驱动信号,指示灯LED1规律地闪烁以从视觉的角度提示测量者。
请参阅图6,所述震动告警电路包括电阻R8、电阻R7、三极管Q3以及震动电机MG1,所述电阻R8的一端接入所述MCU电路3,另一端连接所述电阻R7和三极管Q3的B极,所述电阻R7的另一端和所述三极管Q3的E极接入所述电压转换与监测电路5工作电压Vdd端,所述三极管Q3的C极连接所述震动电机MG1。具体地,结合实施例三,所述电阻R8的一端接入所述单片机U1的I/O口PF0。
当电池BAT1的电量下降到监测阈值时,单片机U1的I/O口PF0产生震动告警电路驱动信号,震动电机MG1做出规律的震动以从触觉的角度提示测量者。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。