CN109061305B - 一种阵列式电阻测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种阵列式电阻测量装置，涉及电阻测量仪器仪表技术领域，由电源电路、恒流源电路、AD采集电路、阵列继电器电路、MCU电路、485通讯电路组成。本发明阵列式电阻测量装置，用于对电路板上连接器触点相互之间的电阻进行自动化测量，通过电阻值来筛选出一些由于焊接、器件损坏而导致的不良，也可以作为多通道电阻采集器来使用；可以实现16个触点相互之间的电阻测量，或者16个通道的电阻测量，测量范围为0‑1.5KΩ，测量使用的恒流源电流为460uA，最大电压为1.5V，不会因为LED等半导体器件的导通而影响测量结果。
Description
技术领域
本发明属于电阻测量仪器仪表技术领域，具体涉及一种阵列式电阻测量装置。
背景技术
在PCB测试过程中，需要对电路板上连接器触点相互之间的电阻进行测量，通过电阻值来筛选出一些由于焊接、器件损坏而导致的不良。传统的多路电阻测试仪，对于16个触点就需要16*15/2个通道来完成测量，接线繁琐，并且要保证通道间不能有信号干扰，系统复杂，成本高。
(一)解决的技术问题
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种阵列式电阻测量装置，使用STM32F103RBT6作为主控芯片，使用MCP6001U轨到轨运算放大器构成最大输出电压为1.5V的460uA的恒流源，使用LTC2436-1差分AD转换器用于数据采集，使用一个低温漂的标准电阻串联恒流源来提供模数转换器的参考电压，使用阵列继电器电路将信号线按16*16阵列式分配，扩展测量功能和测量通道组成整个测量装置；与现有技术相比，简化测试接线、降低系统复杂性，降低成本。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种阵列式电阻测量装置，包括电源电路、恒流源电路、AD采集电路、阵列继电器电路、MCU电路、485通讯电路；电源电路分别与恒流源电路、AD采集电路、阵列继电器电路、MCU电路、485通讯电路相连，为恒流源电路、AD采集电路、阵列继电器电路、MCU电路、485通讯电路供电；恒流源电路与阵列继电器电路相连，阵列继电器电路与AD采集电路相连，AD采集电路与MCU电路相连；MCU电路通过总线与485通讯电路相连并进行通讯。
进一步地，所述电源电路包括+5V稳压电路、+3.3V稳压电路、TL431稳压电路；
+5V稳压电路由+12电源、稳压器LM2596、二极管D33、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、二极管D34、电感L1组成，二极管D33阳极与+12V电源相连，二极管D33阴极与电容C3一端、电容C4一端、稳压器LM2596的1脚相连，电容C3另一端、电容C4另一端、稳压器LM2596的5脚和3脚接地；稳压器LM2596的4脚输出+5V电压，稳压器LM2596的4脚与电感L1一端、电容C5一端、电容C6一端相连，稳压器LM2596的2脚与二极管D34阳极、电感L1另一端相连，二极管D34另一端、电容C5另一端、电容C6另一端接地；
+3.3V稳压电路由电感L2、电感L3、稳压器AMS1117、电容C7组成，电感L2一端与稳压器LM2596的4脚相连，电感L2另一端与稳压器AMS1117的2脚相连，稳压器AMS1117的1脚接地，稳压器AMS1117的3脚输出3.3V电压，稳压器AMS1117的3脚与电容C7一端相连，电容C7另一端接地；
TL431稳压电路由电阻R2、电阻R5、稳压器TL431、电容C3组成，电阻R2一端与稳压器AMS1117的3脚相连，电阻R2另一端与电阻R5一端、稳压器TL431的1脚和2脚、电容C2一端相连，电阻R5另一端、稳压器TL431的3脚、电容C2另一端接地；稳压器TL431的2脚输出2.495V基准电压。
进一步地，所述二极管D33的型号为SS210，二极管D34的型号为SS54；电感L1、电感L2、电感L3为10mH。
进一步地，所述恒流源电路由电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R6、运算放大器MCP6001U、MOS管Q33组成，电阻R3一端与稳压器TL431的2脚相连，电阻R3另一端与电阻R6一端、运算放大器MCP6001U的1脚同相输入端相连，电阻R6另一端、运算放大器MCP6001U的2脚接地；运算放大器MCP6001U的3脚反相输入端与电阻R1一端、MOS管Q33的2脚漏极相连，电阻R1另一端与稳压器AMS1117的3脚3.3V电压相连，MOS管Q33的1脚栅极与电阻R4一端相连，电阻R4另一端与运算放大器MCP6001U的4脚输出端相连；运算放大器MCP6001U的5脚与3.3V电压、电容C1一端相连，电容C1另一端接地。
进一步地，所述电阻R1、电阻R3、电阻R6为精度1％电阻。
进一步地，所述MOS管Q33的型号为BSS84。
进一步地，所述AD采集电路由电阻R16、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、模数转换器LTC2436-1组成，模数转换器LTC2436-1的1脚与3.3V电压、电容C9一端相连，电容C9另一端接地；模数转换器LTC2436-1的2脚与电阻R16一端、电容C12一端相连，电阻R16另一端、电容C12另一端接地；模数转换器LTC2436-1的3脚、8脚、9脚、10脚、14脚、15脚和16脚接地，模数转换器LTC2436-1的4脚与电容C10一端、电容C13一端相连，电容C10另一端与模数转换器LTC2436-1的5脚、电容C11一端相连，电容C13另一端、电容C11另一端接地。
进一步地，所述阵列继电器电路包括双刀单掷继电器G5V-2。
进一步地，所述MCU电路包括STM32F103RBT6微控制器。
进一步地，所述485通讯电路由电阻R7、电阻R9、电阻R13、电阻R8、电阻R11、电阻R14、电容C8、SN75176A差分收发器组成，电阻R7一端与+5V电压相连，电阻R7另一端与电阻R9一端、SN75176A差分收发器的1脚相连，电阻9另一端与电阻R13一端相连，电阻R13另一端接地；SN75176A差分收发器的5脚接地，SN75176A差分收发器的6脚与电阻R11一端、电阻R14一端相连，电阻R14另一端与+5V电压相连，电阻R11另一端与SN75176A差分收发器的7脚、电阻R8一端相连，电阻R8另一端与电容C8一端相连并接地，电容C8另一端与SN75176A差分收发器的8脚、+5V电压相连。
(三)有益效果
本发明的有益效果：一种阵列式电阻测量装置，用以实现连接器触点相互之间的电阻测量，也可以作为多通道电阻采集器来使用；对于16个触点相互之间的电阻测量只需16个通道即可完成测试，简化了接线，降低了系统复杂性；测量使用的恒流源电流为460uA，最大电压为1.5V，不会因为LED等半导体器件的导通而影响测量结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明装置应用框图；
图2为本发明装置原理框图；
图3为本发明电源电路原理图；
图4为本发明恒流源电路图；
图5为本发明AD采集电路图；
图6为本发明485通讯电路图；
图7为本发明连接器触点相互之间电阻测量接线图；
图8为本发明多通道电阻采集器接线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1，阵列式电阻测量装置一端与工控机相连，阵列式电阻测量装置另一端与待测电路相连。
结合图2，一种阵列式电阻测量装置，包括电源电路、恒流源电路、AD采集电路、阵列继电器电路、MCU电路、485通讯电路；电源电路分别与恒流源电路、AD采集电路、阵列继电器电路、MCU电路、485通讯电路相连，为恒流源电路、AD采集电路、阵列继电器电路、MCU电路、485通讯电路供电；恒流源电路与阵列继电器电路相连，阵列继电器电路与AD采集电路相连，AD采集电路与MCU电路相连；MCU电路通过总线与485通讯电路相连并进行通讯。
结合图3，电源电路包括+5V稳压电路、+3.3V稳压电路、TL431稳压电路。
+5V稳压电路由+12电源、稳压器LM2596、二极管D33、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、二极管D34、电感L1组成，二极管D33阳极与+12V电源相连，二极管D33阴极与电容C3一端、电容C4一端、稳压器LM2596的1脚相连，电容C3另一端、电容C4另一端、稳压器LM2596的5脚和3脚接地；稳压器LM2596的4脚输出+5V电压，稳压器LM2596的4脚与电感L1一端、电容C5一端、电容C6一端相连，稳压器LM2596的2脚与二极管D34阳极、电感L1另一端相连，二极管D34另一端、电容C5另一端、电容C6另一端接地。二极管D33的型号为SS210，电感L1为10mH。+5V稳压电路输出5V电压为阵列继电器电路、485通讯电路、+3.3V稳压电路供电，其特点是输入电压范围为9-40V，最大输出电流为3A。
+3.3V稳压电路由电感L2、电感L3、稳压器AMS1117、电容C7组成，电感L2一端与稳压器LM2596的4脚相连，电感L2另一端与稳压器AMS1117的2脚相连，稳压器AMS1117的1脚接地，稳压器AMS1117的3脚输出3.3V电压，稳压器AMS1117的3脚与电容C7一端相连，电容C7另一端接地。二极管D34的型号为SS54，电感L2、电感L3为10mH。+3.3V稳压电路输出3.3V电压为恒流源电路、AD采集电路、MCU电路、TL431稳压电路供电，其特点是最大误差为1％，最大输出电流为800mA。
TL431稳压电路由电阻R2、电阻R5、稳压器TL431、电容C3组成，电阻R2一端与稳压器AMS1117的3脚相连，电阻R2另一端与电阻R5一端、稳压器TL431的1脚和2脚、电容C2一端相连，电阻R5另一端、稳压器TL431的3脚、电容C2另一端接地；稳压器TL431的2脚输出2.495V基准电压VDD。TL431稳压电路为恒流源电路提供2.495V精准输入电压，其特点是最大误差为0.5％，最大温飘为50ppm/℃。
结合图4，恒流源电路由电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R6、运算放大器MCP6001U、MOS管Q33组成，电阻R3一端与稳压器TL431的2脚相连，电阻R3另一端与电阻R6一端、运算放大器MCP6001U的1脚同相输入端相连，电阻R6另一端、运算放大器MCP6001U的2脚接地；运算放大器MCP6001U的3脚反相输入端与电阻R1一端、MOS管Q33的2脚漏极相连，电阻R1另一端与稳压器AMS1117的3脚3.3V电压相连，MOS管Q33的1脚栅极与电阻R4一端相连，电阻R4另一端与运算放大器MCP6001U的4脚输出端相连；运算放大器MCP6001U的5脚与3.3V电压、电容C1一端相连，电容C1另一端接地。电阻R1、电阻R3、电阻R6为精度1％电阻。MOS管Q33的型号为BSS84。
恒流源电路将电压信号转换为电流信号，
最大输出电压＝VDD_2.495V*R6/(R6+R3)≈1.5V，
输出电流＝(VCC_3.3V-VDD_2.495V*R6/(R6+R3))/R1≈460uA，
不会因为LED等半导体器件的导通而影响测量结果；采用MCP6001U轨到轨运算放大器，其特点是供电电压为1.8V--6V,最大失调电压为4.5mV，恒流源的精度为1.2uA。
结合图5，AD采集电路由电阻R16、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、模数转换器LTC2436-1组成，模数转换器LTC2436-1的1脚与3.3V电压、电容C9一端相连，电容C9另一端接地；模数转换器LTC2436-1的2脚与电阻R16一端、电容C12一端相连，电阻R16另一端、电容C12另一端接地；模数转换器LTC2436-1的3脚、8脚、9脚、10脚、14脚、15脚和16脚接地，模数转换器LTC2436-1的4脚与电容C10一端、电容C13一端相连，电容C10另一端与模数转换器LTC2436-1的5脚、电容C11一端相连，电容C13另一端、电容C11另一端接地。
AD采集电路功能是采集信号、计算电阻值，(待测电阻*I)/(R16*I)＝AD值/65535，由此得出：待测电阻/R16＝AD值/65535。采用LTC2436-1模数转换器，其特点是差分输入，差分参考电压输入，16位的精度，最大非线性误差3LSB，保证电阻测量的精度为0.025Ω。采用一个低温漂的标准电阻串联恒流源来提供模数转换器的参考电压，其特点是最大温漂为10ppm/℃，最大误差为0.1％，直接消除恒流源的误差，解决测量中的温漂问题。
阵列继电器电路功能是将信号线按16*16阵列式分配，扩展测量功能和测量通道；采用4条信号线I+、V+、V-、I-来采集信号，其特点是I+、I-走电流信号，V+、V-走电压信号，从而消除测量过程中由于导线内阻和继电器接触电阻而导致的误差；采用双刀单掷继电器G5V-2，其特点是最大接触电阻为50mΩ，最大电流为2A，最大动作次数100万次。
MCU电路功能是对整个电路进行控制；采用STM32F103RBT6微控制器，其特点是内置128K的FLASH、20K的SRAM、4个定时器、3个USART、51个GPIO，最大工作频率为72M，工作电压范围为2.0-3.6V；采用SWJ-DP串行单线JTAG调试接口，其特点是加上电源、复位信号，只需5根线就可以实现在线仿真调试以及加载程序，节省了IO的开销、PCB的空间。
结合图6，485通讯电路由电阻R7、电阻R9、电阻R13、电阻R8、电阻R11、电阻R14、电容C8、SN75176A差分收发器组成，电阻R7一端与+5V电压相连，电阻R7另一端与电阻R9一端、SN75176A差分收发器的1脚相连，电阻9另一端与电阻R13一端相连，电阻R13另一端接地；SN75176A差分收发器的5脚接地，SN75176A差分收发器的6脚与电阻R11一端、电阻R14一端相连，电阻R14另一端与+5V电压相连，电阻R11另一端与SN75176A差分收发器的7脚、电阻R8一端相连，电阻R8另一端与电容C8一端相连并接地，电容C8另一端与SN75176A差分收发器的8脚、+5V电压相连。
485通讯电路实现485通讯；采用SN75176A差分收发器，其特点是5V供电，最大60mA的驱动能力，最大传输距离2Km，接收信号RX0采用上拉分压电路，保证MCU的电平兼容。
结合图7，连接器触点相互之间的电阻测量，通过MODBUS向阵列式电阻测量装置发送相应的命令，MCU控制相应继电器的通断，AD依次采集计算，即可读取到所有触点间的电阻值。
结合图8，多通道电阻采集器应用，通过MODBUS向阵列式电阻测量装置发送相应的命令，MCU控制相应继电器的通断，AD依次采集计算，即可读取每个通道的电阻值。
综上所述，本发明实施例，阵列式电阻测量装置，使用STM32F103RBT6作为主控芯片，使用MCP6001U轨到轨运算放大器构成最大输出电压为1.5V的460uA的恒流源，使用LTC2436-1差分AD转换器用于数据采集，使用一个低温漂的标准电阻串联恒流源来提供模数转换器的参考电压，使用阵列继电器电路将信号线按16*16阵列式分配，扩展测量功能和测量通道组成整个测量装置；与现有技术相比，简化测试接线、降低系统复杂性，降低成本。
本发明用以实现连接器触点相互之间的电阻测量，也可以作为多通道电阻采集器来使用；对于16个触点相互之间的电阻测量只需16个通道即可完成测试，简化了接线，降低了系统复杂性；测量使用的恒流源电流为460uA，最大电压为1.5V，不会因为LED等半导体器件的导通而影响测量结果。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种阵列式电阻测量装置，其特征在于，包括电源电路、恒流源电路、AD采集电路、阵列继电器电路、MCU电路、485通讯电路；电源电路分别与恒流源电路、AD采集电路、阵列继电器电路、MCU电路、485通讯电路相连，为恒流源电路、AD采集电路、阵列继电器电路、MCU电路、485通讯电路供电；恒流源电路与阵列继电器电路相连，阵列继电器电路与AD采集电路相连，AD采集电路与MCU电路相连；MCU电路通过总线与485通讯电路相连并进行通讯；
所述电源电路包括+5V稳压电路、+3.3V稳压电路、TL431稳压电路；
+5V稳压电路由+12V电源、稳压器LM2596、二极管D33、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、二极管D34、电感L1组成，二极管D33阳极与+12V电源相连，二极管D33阴极与电容C3一端、电容C4一端、稳压器LM2596的1脚相连，电容C3另一端、电容C4另一端、稳压器LM2596的5脚和3脚接地；稳压器LM2596的4脚输出+5V电压，稳压器LM2596的4脚与电感L1一端、电容C5一端、电容C6一端相连，稳压器LM2596的2脚与二极管D34阳极、电感L1另一端相连，二极管D34另一端、电容C5另一端、电容C6另一端接地；
+3.3V稳压电路由电感L2、电感L3、稳压器AMS1117、电容C7组成，电感L2一端与稳压器LM2596的4脚相连，电感L2另一端与稳压器AMS1117的2脚相连，稳压器AMS1117的1脚接地，稳压器AMS1117的3脚输出3.3V电压，稳压器AMS1117的3脚与电容C7一端相连，电容C7另一端接地；
TL431稳压电路由电阻R2、电阻R5、稳压器TL431、电容C3组成，电阻R2一端与稳压器AMS1117的3脚相连，电阻R2另一端与电阻R5一端、稳压器TL431的1脚和2脚、电容C2一端相连，电阻R5另一端、稳压器TL431的3脚、电容C2另一端接地；稳压器TL431的2脚输出2.495V基准电压；
所述二极管D33的型号为SS210，二极管D34的型号为SS54；电感L1、电感L2、电感L3为10mH；
所述恒流源电路由电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R6、运算放大器MCP6001U、MOS管Q33组成，电阻R3一端与稳压器TL431的2脚相连，电阻R3另一端与电阻R6一端、运算放大器MCP6001U的1脚同相输入端相连，电阻R6另一端、运算放大器MCP6001U的2脚接地；运算放大器MCP6001U的3脚反相输入端与电阻R1一端、MOS管Q33的2脚漏极相连，电阻R1另一端与稳压器AMS1117的3脚3.3V电压相连，MOS管Q33的1脚栅极与电阻R4一端相连，电阻R4另一端与运算放大器MCP6001U的4脚输出端相连；运算放大器MCP6001U的5脚与3.3V电压、电容C1一端相连，电容C1另一端接地；
所述电阻R1、电阻R3、电阻R6为精度1％电阻；
所述MOS管Q33的型号为BSS84；
所述AD采集电路由电阻R16、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、模数转换器LTC2436-1组成，模数转换器LTC2436-1的1脚与3.3V电压、电容C9一端相连，电容C9另一端接地；模数转换器LTC2436-1的2脚与电阻R16一端、电容C12一端相连，电阻R16另一端、电容C12另一端接地；模数转换器LTC2436-1的3脚、8脚、9脚、10脚、14脚、15脚和16脚接地，模数转换器LTC2436-1的4脚与电容C10一端、电容C13一端相连，电容C10另一端与模数转换器LTC2436-1的5脚、电容C11一端相连，电容C13另一端、电容C11另一端接地；
所述阵列继电器电路包括双刀单掷继电器G5V-2；
所述MCU电路包括STM32F103RBT6微控制器；
所述485通讯电路由电阻R7、电阻R9、电阻R13、电阻R8、电阻R11、电阻R14、电容C8、SN75176A差分收发器组成，电阻R7一端与+5V电压相连，电阻R7另一端与电阻R9一端、SN75176A差分收发器的1脚相连，电阻R9另一端与电阻R13一端相连，电阻R13另一端接地；SN75176A差分收发器的5脚接地，SN75176A差分收发器的6脚与电阻R11一端、电阻R14一端相连，电阻R14另一端与+5V电压相连，电阻R11另一端与SN75176A差分收发器的7脚、电阻R8一端相连，电阻R8另一端与电容C8一端相连并接地，电容C8另一端与SN75176A差分收发器的8脚、+5V电压相连。
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