CN109613339A - 一种多功能电阻测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能电阻测量装置及测量方法，包括工作电路、ADC转换器、单片机、电容触摸屏和太阳能供电模块；由ADC转换器采集通过工作电路产生的电压信号并转化为数字信号再传送给单片机，计算其电阻值，单片机对信号大小进行判断，设置所用ADC转化器的满量程量，从而无须手动调节档位；单片机能通过电容触摸屏接收测量模式的选择，包括串、并联模式、导通模式和普通模式，对输入数据进行不同方式的处理。本发明提供的多功能电阻测量装置及测量方法，能简化电阻测量的一些计算工作，方便使用者分析多个电阻组成的电阻网络的情况，提高工作效率。

Description

一种多功能电阻测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及仪器仪表领域，具体地说涉及一种多功能电阻测量装置及测量方法。

技术背景

电阻是电子电路中使用频率最高的电子元器件之一，被广泛应用于很多领域，因此实现对电阻网络更方便的计算具有十分重要的地位。目前市面上的电阻测量仪器具有以下缺点：

第一、只能对当前电阻进行单纯的电阻测量，无法在测量完多个电阻后对这些电阻进行串联或并联的计算；

第二、对不同大小的电阻测量时可能要手动换挡，以调整合适的测量档位；

第三、缺少测量导通功能。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种多功能电阻测量装置及测量方法，该装置具有电阻的串、并联计算功能和测量导通功能，无须手动调整测试档位。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种多功能电阻测量装置，包括工作电路、ADC转换器、单片机、电容触摸屏和太阳能供电模块，所述太阳能供电模块与单片机电连接并对单片机进行供电，工作电路包括桥式测试电路、差分放大电路、滤波放大电路和直流偏置电路，桥式测试电路、差分放大电路和滤波放大电路依次电连接再通过ADC转换器连接单片机，直流偏置电路为差分放大电路提供参考电压，单片机与电容触摸屏电连接，由电容触摸屏接收单片机的处理要求并显示处理信息，桥式测试电路与待测测电阻相连接，产生与待测电阻值相关的电压信号再传送至差分放大电路进行信号放大，通过滤波放大电路滤除不相干信号的同时进行放大后由ADC转换器采集电压信号传送给单片机进行处理，获取电阻数据，处理结果通过电容触摸屏显示，单片机还通过电容触摸屏接收测量模式的选择，通过差分放大电路和直流偏置电路把电压信号控制在ADC转换器所能接收的电压范围，工作电路产生的电压信号的大小是与电阻值非线性相关的，单片机在读取到电压信号数值大小之后通过如下计算公式能计算出所测一个电阻值，循环采集多次，取测量电阻值的平均值，在整个测量过程结束以后在触摸屏显示处理完毕信息；

其中，R为测量电阻值，V为单片机读取电压信号数值，R3=R4。

单片机在电阻值测量之前要先通过电容触摸屏接收测量模式的选择，给出选择测量模式提示信息，再以触摸键盘的形式读取输入值，选择触摸键盘上的数字来选择串联模式、并联模式、导通模式或普通模式四种测量模式；选择串联模式或并联模式后单片机会给出选择所要测量电阻数量提示，同样以触摸键盘的形式读取输入数值，在测量完给定输入数值的电阻之后计算出与模式相对应的总的串联或并联值显示在电容触摸屏上，选择测量导通模式时单片机会给出输入导通门限值的提示，使用触摸键盘读取导通门限值，在一个电阻测量后，当测量电阻值小于导通门限时发出声音和显示提示，选择普通模式时在一个电阻测量后，显示此电阻值，同时单片机会通过判断电压信号的大小再设置ADC转换器的寄存器调整满量程值的大小。

进一步的，所述桥式测试电路包括依次相连接的电阻R2、电阻R3及电阻R4，所述电阻R2和电阻R4接地，电阻R3与+5V电源相连接，桥式测试电路与差分放大电路相连接，传送产生的电压信号。

进一步的，所述差分放大电路包括INA333芯片、电阻R5、电阻R7及电容C5，所述电阻R5的两端连接INA333芯片的引脚1和引脚8，INA333芯片的引脚2和引脚3接收桥式测试电路传送的电压信号，INA333芯片的引脚4连接-5V电源且其引脚7连接+5V电源，电阻R7和电容C5相并联连接到INA333芯片的引脚5，INA333芯片的引脚6产生输出信号传送给滤波放大电路。

进一步的，所述滤波放大电路在滤波的同时进行仪表放大，包括第一OPA335芯片、电阻R6、电阻R8、电阻R11、电容C1和电容C3，所述电阻R6通过电阻R11连接到第一OPA335芯片的引脚4,通过电容C1接地，第一OPA335芯片的引脚1通过电容C3与引脚4相连接，电阻R8连接在电阻R6和第一OPA335芯片的引脚1之间，第一OPA335芯片的引脚2接地，其引脚5接+5V电源，其引脚3接收外部电路产生的直流偏置。

进一步的，所述直流偏置电路包括芯片REF5020、芯片OPA335、电容C2和电容C4，所述芯片REF5020的电压输入口Vin与+5V电源相连接，并通过电容C2连接到芯片REF5020的GND端口接地，芯片REF5020的电压输出口Vout连接到芯片OPA335的引脚3，同时通过电容C4接地，所述芯片OPA335的引脚1和引脚4相连，其引脚2接地，引脚5接+5V电源。

进一步的，所述ADC转换器使用芯片ADS1115或芯片ADS1114，具有满量程调整功能, 是兼容I2C的16位高精度低功耗模数转换器，单片机采用MSP430单片机。

进一步的，所述电容触摸屏采用4.3吋TFT屏，用于接收对电阻测量的并联、串联或导通电阻的要求，通过TFT屏显示不同模式下的数据处理结果和测量模式的选择。

进一步的，所述太阳能供电模块包括蓄电池和太阳能电池板，所述太阳能电池板通过电导线与蓄电池相连。

进一步的，所述太阳能供电模块设有直接供电接口，可以通过直接输入5V直流电压为工作电路供电。

进一步的，包括以下步骤：

A.将待测电阻接入桥式测试电路；

B.工作电路将待测电阻值转化为与电阻值非线性相关的待测电压值再通过ADC转换器传送至单片机处理：

其中，R为测量电阻值，V为单片机读取电压信号数值，R3=R4；

C.单片机控制ADC转换器的满量程电压，用合适的满量程电压去读取待测电压值信号，通过单片机计算出所测电阻值；

D.单片机通过电容触摸屏接收测量模式的选择，给出选择测量模式提示信息，再以触摸键盘的形式读取输入值，选择触摸键盘上的数字来选择测量模式，根据不同的测量模式使用不同的方式处理分析电阻值结果，在整个测量过程结束后在电容触摸屏显示处理完毕信息：

选择串联模式或并联模式后单片机给出选择所要测量电阻数量提示，同样以触摸键盘的形式读取输入数值，在测量完给定输入数值的电阻之后计算出与模式相对应的总的串联或并联值显示在电容触摸屏上；

选择测量导通模式时单片机给出输入导通门限值的提示，使用触摸键盘读取导通门限值，在一个电阻测量后，当测量电阻值小于导通门限时发出提示，选择普通模式时，在一个电阻测量后，显示此电阻值，同时单片机会通过判断电压信号的大小再设置ADC转换器的寄存器调整满量程值的大小。

进一步的，所述单片机能通过ADC转换器把工作电路产生的电压信号转化为数字信号，通过数字信号的大小再对ADC转换器进行满量程值的大小调整，与其形成一个反馈系统，达到最佳的测量效果，从而无须手动调节档位。

进一步的，所述电容触摸屏带有触摸键盘显示，能够接收输入数据并传送给单片机进行测量模式的选择。

与现有技术相比，本发明所达到的有益技术效果为：

本发明公开了一种多功能电阻测量装置及测量方法，包括工作电路、ADC转换器、单片机、电容触摸屏和太阳能供电模块；由ADC转换器采集通过工作电路产生的电压信号并转化为数字信号再传送给单片机进行处理，计算其电阻值，单片机对信号大小进行判断，调整所用ADC转化器的满量程量，与其形成一个反馈系统，达到最佳测量效果，无须手动调节档位；单片机能通过电容触摸屏接收测量模式（串联、并联、导通或普通模式）的选择，同时能在模式选择后，对输入数据进行不同模式方式的计算和处理，能简化电阻测量的一些计算工作，方便使用者分析多个电阻组成的电阻网络的情况，提高工作效率。本发明提供的多功能电阻测量装置及测量方法，具有多种测量模式供选择的优点，串、并联计算模式简化了对于测量多个电阻值后的计算问题，测量导通模式可以通过键盘输入设置导通门限，电阻小于导通门限时发出提示，提醒使用者，同时本发明能够对于100m欧姆左右的低电阻值有一个较精准的测量值，使用太阳能供电，绿色环保，功能多样，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1-2所示，一种多功能电阻测量装置，包括工作电路、ADC转换器、单片机、电容触摸屏和太阳能供电模块，单片机采用MSP430单片机，太阳能供电模块与单片机相连并对单片机进行供电；由ADC转换器采集通过工作电路产生的电压信号并转化为数字信号再传送给MSP430单片机计算其电阻值，单片机对信号大小进行判断，调整所用ADC转化器的满量程量，与其形成一个反馈系统，达到最佳测量效果，无须手动调节档位；通过工作电路把电压信号控制在ADC转换器所能接收的电压范围，工作电路产生的电压信号的大小是与电阻值非线性相关的，单片机在读取到电压信号数值大小之后通过如下公式能计算出所测一个电阻值，循环采集多次，取测量电阻值的平均值，在整个测量过程结束以后在电容触摸屏显示处理完毕信息；

其中，R为测量电阻值，V为单片机读取电压信号数值，R3=R4。

单片机在电阻值测量之前要先通过电容触摸屏接收测量模式的选择，给出选择测量模式提示信息，再以触摸键盘的形式读取输入值，选择触摸键盘上的数字来选择串联模式、并联模式、导通模式或普通模式；选择串联模式或并联模式后单片机会给出选择所要测量电阻数量提示，同样以触摸键盘的形式读取输入数值，在测量完给定输入数值的电阻之后计算出与模式相对应的总的串联或并联值显示在电容触摸屏上，选择测量导通模式时单片机会给出输入导通门限值的提示，使用触摸键盘读取导通门限值，在一个电阻测量后，当测量电阻值小于导通门限时发出声音和显示提示，选择普通模式时在一个电阻测量后，显示此电阻值。

工作电路包括桥式测试电路、差分放大电路、滤波放大电路和直流偏置电路，桥式测试电路用于与待测电阻相连接，产生与待测电阻值相关的电压信号；滤波放大电路，在滤波的同时进行仪表放大，直流偏置电路为差分电路提供参考电压。

具体的，桥式测试电路、差分放大电路和滤波放大电路依次电连再通过ADC转换器连接单片机，直流偏置电路为差分放大电路提供参考电压，桥式测试电路与待测测电阻相连接，产生与待测电阻值相关的电压信号再传送至差分放大电路进行信号放大，通过滤波放大电路滤除不相干信号的同时调整合适倍数放大电压信号并传给ADC转换器，由ADC转换器采集电压信号传送给单片机进行处理，由电容触摸屏接收单片机的处理要求并显示处理信息，单片机能通过ADC转换器把工作电路产生的电压信号转化为数字信号，通过数字信号的大小再对ADC转换器进行满量程值的大小调整。

桥式测试电路包括依次相连接的电阻R2、电阻R3及电阻R4，电阻R2、电阻R4接地，电阻R3与+5V电源相连接，桥式测试电路与差分放大电路相连接，传送产生的电压信号。

差分放大电路包括INA333芯片、电阻R5、电阻R7及电容C5，所述电阻R5的两端连接INA333芯片的引脚1和引脚8，INA333芯片的引脚2和引脚3接收桥式测试电路传送的电压信号，INA333芯片的引脚4连接-5V电源且其引脚7连接+5V电源，电阻R7和电容C5相并联连接到INA333芯片的引脚5，INA333芯片的引脚6产生输出信号传送给滤波放大电路。

滤波放大电路，在滤波的同时进行仪表放大，包括第一OPA335芯片、电阻R6、电阻R8、电阻R11、电容C1和电容C3，所述电阻R6通过电阻R11连接到第一OPA335芯片的引脚4,通过电容C1接地，第一OPA335芯片的引脚1通过电容C3与引脚4相连接，电阻R8连接在电阻R6和第一OPA335芯片的引脚1之间，第一OPA335芯片的引脚2接地，其引脚5接+5V电源，其引脚3接收外部电路产生的直流偏置。

所述直流偏置电路包括芯片REF5020、芯片OPA335、电容C2和电容C4，所述芯片REF5020的电压输入口Vin与+5V电源相连接，并通过电容C2连接到芯片REF5020的GND端口接地，芯片REF5020的电压输出口Vout连接到芯片OPA335的引脚3，同时通过电容C4接地，所述芯片OPA335的引脚1和引脚4相连，其引脚2接地，引脚5接+5V电源。

ADC转换器使用芯片ADS1115或芯片ADS1114，具有满量程调整功能, 是兼容I2C的16位高精度低功耗模数转换器，单片机能通过ADC转换器把工作电路产生的电压信号转化为数字信号，通过数字信号的大小再对ADC转换器进行满量程值的大小调整，形成一个反馈系统，达到最佳的测量效果，从而无须手动调节档位.

电容触摸屏可采用4.3吋TFT屏或其他尺寸的TFT屏，可以用来接收对于电阻测量的要求如并联、串联或导通电阻等，同时可以显示在TFT屏上。电容触摸屏带有触摸键盘显示，能够接收输入数据并传送给单片机进行测量模式的选择，单片机能在模式选择后，对输入数据进行不同方式的处理，对于并联模式进行多个电阻的并联计算，对于串联模式进行多个电阻的串联计算，对于测量导通模式，能将单个测试电阻值与输入导通门限值进行比较从给出相关提示，同时能够在选择完测量导通模式后，接收输入的导通门限值。

太阳能供电模块包括蓄电池和小型太阳能电池板，太阳能电池板通过电导线与蓄电池相连，太阳能电池板可以与装置分离或在装置上设置卡位，将其卡在装置上；同时太阳能供电模块中设有直接供电接口，在某些情况下,可以通过直接输入5V直流电压为工作电路供电。

一种多功能电阻测量装置的测量方法，包括以下步骤：

A.将待测电阻接入桥式测试电路；

B.工作电路将待测电阻值转化为与电阻值非线性相关的待测电压值再通过ADC转换器传送至单片机处理：

其中，R为测量电阻值，V为单片机读取电压信号数值，R3=R4；

C.单片机控制ADC转换器的满量程电压，用合适的满量程电压去读取待测电压值信号，通过单片机计算出所测电阻值；

D.单片机通过电容触摸屏接收测量模式的选择，给出选择测量模式提示信息，再以触摸键盘的形式读取输入值，选择触摸键盘上的数字来选择测量模式，根据不同的测量模式处理分析电阻值结果，在整个测量过程结束后在电容触摸屏显示处理完毕信息：

选择串联模式或并联模式后单片机给出选择所要测量电阻数量提示，同样以触摸键盘的形式读取输入数值，在测量完给定输入数值的电阻之后计算出与模式相对应的总的串联或并联值显示在电容触摸屏上；

选择测量导通模式时单片机给出输入导通门限值的提示，使用触摸键盘读取导通门限值，在一个电阻测量后，当测量电阻值小于导通门限时发出提示，选择普通模式时，在一个电阻测量后，显示此电阻值，同时单片机会通过判断电压信号的大小再设置ADC转换器的寄存器调整满量程值的大小。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多功能电阻测量装置，其特征在于：包括工作电路、ADC转换器、单片机、电容触摸屏和太阳能供电模块，所述太阳能供电模块与单片机电连接并对单片机进行供电，所述工作电路包括桥式测试电路、差分放大电路、滤波放大电路和直流偏置电路，桥式测试电路、差分放大电路和滤波放大电路依次电连接再通过ADC转换器连接单片机，单片机与电容触摸屏电连接，直流偏置电路为差分放大电路提供参考电压，通过差分放大电路和直流偏置电路把电压信号控制在ADC转换器所能接收的电压范围，桥式测试电路与待测测电阻相连接，产生与待测电阻值相关的电压信号再传送至差分放大电路进行信号放大后通过滤波放大电路滤除不相干信号的同时进行放大，由ADC转换器采集电压信号传送给单片机进行处理，获取电阻数据，处理结果通过电容触摸屏显示，单片机还通过电容触摸屏接收测量模式的选择。

2.根据权利要求1所述的一种多功能电阻测量装置，其特征在于：所述桥式测试电路包括依次相连接的电阻R2、电阻R3及电阻R4，所述电阻R2和电阻R4接地，电阻R3与+5V电源相连接，桥式测试电路与差分放大电路相连接，传送产生的电压信号。

3.根据权利要求1所述的一种多功能电阻测量装置，其特征在于：所述差分放大电路包括INA333芯片、电阻R5、电阻R7及电容C5，所述电阻R5的两端连接INA333芯片的引脚1和引脚8，INA333芯片的引脚2和引脚3接收桥式测试电路传送的电压信号，INA333芯片的引脚4连接-5V电源且其引脚7连接+5V电源，电阻R7和电容C5相并联连接到INA333芯片的引脚5，INA333芯片的引脚6产生输出信号传送给滤波放大电路。

4.根据权利要求1所述的一种多功能电阻测量装置，其特征在于：所述滤波放大电路在滤波的同时进行仪表放大，包括第一OPA335芯片、电阻R6、电阻R8、电阻R11、电容C1和电容C3，所述电阻R6通过电阻R11连接到第一OPA335芯片的引脚4,通过电容C1接地，第一OPA335芯片的引脚1通过电容C3与引脚4相连接，电阻R8连接在电阻R6和第一OPA335芯片的引脚1之间，第一OPA335芯片的引脚2接地，其引脚5接+5V电源，其引脚3接收外部电路产生的直流偏置。

5.根据权利要求1所述的一种多功能电阻测量装置，其特征在于：所述直流偏置电路包括芯片REF5020、芯片OPA335、电容C2和电容C4，所述芯片REF5020的电压输入口Vin与+5V电源相连接，并通过电容C2连接到芯片REF5020的GND端口接地，芯片REF5020的电压输出口Vout连接到芯片OPA335的引脚3，同时通过电容C4接地，所述芯片OPA335的引脚1和引脚4相连，其引脚2接地，引脚5接+5V电源。

6.根据权利要求1所述的一种多功能电阻测量装置，其特征在于：所述ADC转换器使用芯片ADS1115或芯片ADS1114，单片机采用MSP430单片机。

7.根据权利要求1所述的一种多功能电阻测量装置，其特征在于：所述电容触摸屏采用4.3吋TFT屏，用于接收对电阻测量的并联、串联或导通电阻的要求，通过TFT屏进行显示和测量模式的选择。

8.根据权利要求1所述的一种多功能电阻测量装置，其特征在于：所述太阳能供电模块包括蓄电池和太阳能电池板，所述太阳能电池板通过电导线与蓄电池相连。

9.根据权利要求8所述的一种多功能电阻测量装置，其特征在于：所述太阳能供电模块设有直接供电接口，可以通过直接输入5V直流电压为工作电路供电。

10.一种多功能电阻测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.将待测电阻接入桥式测试电路；

B.工作电路将待测电阻值转化为与电阻值非线性相关的待测电压值再通过ADC转换器传送至单片机处理：

其中，R为测量电阻值，V为单片机读取电压信号数值，R3=R4；

C.单片机控制ADC转换器的满量程电压，用合适的满量程电压去读取待测电压值信号，通过单片机计算出所测电阻值；

D.单片机通过电容触摸屏接收测量模式的选择，给出选择测量模式提示信息，再以触摸键盘的形式读取输入值，选择触摸键盘上的数字来选择测量模式，根据不同的测量模式处理分析电阻值结果，在整个测量过程结束后在电容触摸屏显示处理完毕信息：

选择串联模式或并联模式后单片机给出选择所要测量电阻数量提示，同样以触摸键盘的形式读取输入数值，在测量完给定输入数值的电阻之后计算出与模式相对应的总的串联或并联值显示在电容触摸屏上；

选择测量导通模式时单片机给出输入导通门限值的提示，使用触摸键盘读取导通门限值，在一个电阻测量后，当测量电阻值小于导通门限时发出提示，选择普通模式时，在一个电阻测量后，显示此电阻值，同时单片机会通过判断电压信号的大小再设置ADC转换器的寄存器调整满量程值的大小。