CN114062744A

CN114062744A - 一种电阻测量电路的保护电路及方法

Info

Publication number: CN114062744A
Application number: CN202111336581.2A
Authority: CN
Inventors: 陈亮; 李云川; 曾怡帅; 王洋; 刘斌; 贾敏捷; 杨力; 肖茂波; 卢惠涛; 陈庆芳; 沈奇昌; 杨小溪; 董芳; 张勇; 邱继刚; 国明; 宁寰宇; 徐静; 仝大永; 刘恕
Original assignee: Shenyang Railway Signal Co Ltd
Current assignee: Shenyang Railway Signal Co Ltd
Priority date: 2021-11-12
Filing date: 2021-11-12
Publication date: 2022-02-18
Anticipated expiration: 2041-11-12
Also published as: CN114062744B

Abstract

本发明为一种电阻测量电路的保护电路及方法，属于电子电路技术领域，包括MCU控制器、电阻测量电路、第一、二隔离控制电路、电压信号采集电路、电阻采集跟随电路，第一隔离控制电路接收表笔端的信号，输出电阻测量信号或电压测量信号分别送至电阻测量电路和电压信号采集电路，MCU控制器与第一隔离控制电路、第二隔离控制电路、电阻测量电路、电压信号采集电路的控制端相连。本发明完善了万用表电阻测量档测量保护机制，即使错误使用了电阻测量档去测量电压，万用表也会自动由电阻测量档转换为电压测量档，这样既不会对万用表和待测设备造成损坏，保证工作效率，还保证了使用者的安全。

Description

一种电阻测量电路的保护电路及方法

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种电阻测量电路的保护电路及方法。

背景技术

目前电阻测量电路常用于数字万用表或其他具有测量电子元器件或设备的电压值、电流值、电阻值、电容值等功能的电子元件测试设备上。因其测量功能强大，所以面板或显示屏往往有许多测试档位，需要使用人员根据待测的量去手动调整相应的测量档位。

在强电弱电混合的电气测试环境中，使用手动调整万用表进行测量时经常会出现错误档位测量错误信号的情况，尤其电阻测量档，虽然万用表内都有保护电路，但仍经常出现因档位使用不当导致万用表损坏或被测量设备损坏的情况，在强电环境下错误操作还有伤及使用人员的风险。比如当使用万用表测量完电阻后，未将测量档位调整到交流220V档位而直接对220V电压进行测量时，会导致万用表烧毁。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种电阻测量保护电路和保护方法，避免万用表在电阻测量档时错接高压信号，导致的设备损失和人员受伤风险。

本发明采用如下技术方案：

一种电阻测量电路的保护电路，包括MCU控制器、电阻测量电路、第一、二隔离控制电路、电压信号采集电路、电阻采集跟随电路，第一隔离控制电路接收表笔端的信号，输出电阻测量信号或电压测量信号分别送至电阻测量电路和电压信号采集电路，电压信号采集电路的输出端经第二隔离控制电路与MCU控制器相连，MCU控制器与第一隔离控制电路、第二隔离控制电路、电阻测量电路、电压信号采集电路的控制端相连。

进一步地，电压信号采集电路包括一级反向缩小电路、二级正向比例放大电路以及三级反向跟随电路，其中一级反向缩小电路包括第一运算放大器U11A，第一运算放大器U11A的反相输入端接有第一～二电阻JR21、JR22串联组成的输入电阻，第一运算放大器U11A的正相输入端接2V参考电压，第一运算放大器U11A的输出端经第十三～十四光电继电器U13～U14与MCU控制器连接；二级正向比例放大电路包括第二运算放大器U11B，第二运算放大器U11B的正相输入端与第一运算放大器U11A的输出端相连，第二运算放大器U11B的反相输入端、输出端以及第一运算放大器U11A的正相输入端经第十光电继电器与MCU控制器连接；三级反向跟随电路包括第三运算放大器U12A和第四运算放大器U12B，第四运算放大器是一个电压跟随电路，目的是给U12A正向入口提供一个稳定的2V参考电压，第三运算放大器U12A的反相输入端与第二运算放大器U11B的输出端连接，第三运算放大器U12A的正相输入端接第四运算放大器提供的2V参考电压，第三运算放大器U12A的输出端经第一隔离控制电路与MCU控制器相连。JR15和JR16是运放的等比电阻。

进一步地，电阻测量电路包括第一开关电路U1和第三开关电路U3、第五～六运算放大器U2A～U2B及三极管Q1，其中第六运算放大器U2B负相输入端接有2V参考电压，正相输入端与输出端相连，输出端经第三～五分压电阻JR3、JR4、JR5构成电压源与第一开关电路U1连接，第一开关电路U1的输出端接至第一运算放大器U2A的正相输入端；第三开关电路U3经第七～九限流电阻JR7、JR8、JR9接地，输出端与第一运算放大器U2A的反相输入端和电阻输出端ROUTF相连，第一运算放大器U2A的输出端接至三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接至工作电源，发射极接电阻输出端ROUTZ；第一开关电路U1和第三开关电路U3的输入端均与MCU控制器连接。

进一步地，第一隔离控制电路包括第四～七光电继电器U4～U7，其中第四光电继电器U4、第五光电继电器U5、第六光电继电器U6的控制端分别与MCU控制器的控制信号相连，输入端均接至表笔端信号，第四光电继电器U4、第六光电继电器U6的输出端与电阻测量电路的输出端相连，第七光电继电器U7的输入端接有工作电源和MCU控制器，输出端接空载检测电源，第五光电继电器U5的输出端接有电压信号采集电路。

进一步地，第二隔离控制电路包括第八光电继电器U8和第九光电继电器U9，其中第九光电继电器U9的输入端与电阻采集跟随电路的输出端相连，第八光电继电器U8的输入端与电压信号采集电路的输出端相连，第八光电继电器U8和第九光电继电器U9的控制端接有MCU控制器的控制信号，输出端接至MCU控制器的输入端。

一种电阻测量电路的保护电路的控制方法，包括如下步骤：

1)MCU控制器电阻测量程序初始化，MCU控制器控制隔离控制电路将电阻测量电路与电压信号采集电路和电阻采集跟随电路断开，进入电压测试档；

2)判断是否有电压大于V1的信号，如果没有电压大于V1的信号，判断表笔测量到的电压是否小于V2；如果表笔测量到的电压大于V1，则返回步骤1)；

3)如果表笔测量到的电压小于V2，则MCU控制器控制隔离控制电路将电阻测量电路与电阻采集跟随电路和MCU控制器导通；

4)自动调整测量电压和测量电阻，巡测待测电阻的阻值，直到表笔抬起，结束一次测量过程。

进一步地，步骤2)中，如果有电压大于V1的信号，则MCU控制器保持电阻测量电路与电压信号采集电路相隔离；经过表笔端和电压信号采集电路将采集信号传输至MCU控制器分析，MCU根据分析结果反馈控制电压信号采集电路的第十、十三～十四光电继电器U10、U13、U14导通，通过一级反向缩小电路、二级正向比例放大电路以及三级反向跟随电路对采集信号进行缩放处理，测量出其电压值后进入电压测量档模式。

进一步地，当电阻测量档出现小于V1的电压信号时，MCU控制器保持电阻测量电路与电压信号采集电路相隔离，第一隔离控制电路将第七光电继电器U7导通，进入空载判断模式；第七光电继电器U7导通后，MCU控制器再对电压采集电路的电压进行分析，当电压采集电路的信号电压为2～3.3V时，则MCU控制器判断当前为空载状态，没有待测电阻接入，保持空载判断模式；否则，电压采集电路的信号电压小于2V，判断有待测电阻接入。

进一步地，步骤3)中，MCU控制器控制隔离控制电路将电阻测量电路与电阻采集跟随电路和MCU控制器导通，随后进入正常的电阻测量模式；电阻测量电路先以最大电阻测量档进行测试，MCU控制器根据反馈回的测量值控制第一、三开关电路U1、U3，分别自动调整测量电压值和测量电阻值，组合出恒定测量电流，组合出对应档位的测量电流；重复本步骤1～2次调整即可准确测量出待测电阻的电阻值。

进一步地，步骤4)中，将测试表笔的IANDR端与电阻断开，隔离控制电路将电阻测量电路与电阻采集跟随电路和MCU控制器断开，万用表再次进入空载状态，进行待机。

本发明的优点与效果为：

与现有技术相比，本发明完善了万用表电阻测量档测量保护机制，即使错误使用了电阻测量档去测量电压，万用表也会自动由电阻测量档转换为电压测量档，这样既不会对万用表和待测设备造成损坏，保证工作效率，还保证了使用者的安全。

附图说明

图1是本发明的电阻测量档测量流程图；

图2是本发明的电路模块结构图；

图3是本发明的电阻测量电路的电路图；

图4是本发明的隔离控制电路的电路图；

图5是本发明的电压信号采集电路的电路图；

图6是本发明的电阻采集跟随电路的电路图；

图7是本发明的插接件与MCU控制器连接图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步解释。

本发明提供一种电阻测量电路的保护电路及方法，其中电阻测量电路的保护电路包括MCU控制器、电阻测量电路、第一、二隔离控制电路、电压信号采集电路、电阻采集跟随电路，第一隔离控制电路接收表笔端的信号，输出电阻测量信号或电压测量信号分别送至电阻测量电路和电压信号采集电路，电压信号采集电路的输出端经第二隔离控制电路与MCU控制器相连，MCU控制器与第一隔离控制电路、第二隔离控制电路、电阻测量电路、电压信号采集电路的控制端相连，如图2所示。

电压信号采集电路如图5所示，包括一级反向缩小电路、二级正向比例放大电路以及三级反向跟随电路，其中一级反向缩小电路包括第一运算放大器U11A，第一运算放大器U11A的反相输入端接有第一～二电阻JR21、JR22串联组成的输入电阻，第一运算放大器U11A的正相输入端接2V参考电压，第一运算放大器U11A的输出端经第十三～十四光电继电器U13～U14与MCU控制器连接；二级正向比例放大电路包括第二运算放大器U11B，第二运算放大器U11B的正相输入端与第一运算放大器U11A的输出端相连，第二运算放大器U11B的反相输入端、输出端以及第一运算放大器U11A的正相输入端经第十光电继电器与MCU控制器连接；三级反向跟随电路包括第三运算放大器U12A和第四运算放大器U12B，第四运算放大器是一个电压跟随电路，目的是给U12A正向入口提供一个稳定的2V参考电压，第三运算放大器U12A的反相输入端与第二运算放大器U11B的输出端连接，第三运算放大器U12A的正相输入端接第四运算放大器提供的2V参考电压，第三运算放大器U12A的输出端经第一隔离控制电路与MCU控制器相连。JR15和JR16是运放的等比电阻。

电压信号采集电路的电压输入量程为0V～1000V，输出量程为-4V～+4V；默认状态下输入量程为最大电压测量档；最大电压测量档为一级放大电路为1000倍缩小倍数，二级放大电路为1倍放大倍数。

电阻测量电路如图3所示，包括第一开关电路U1和第三开关电路U3、第五～六运算放大器U2A～U2B及三极管Q1，其中第六运算放大器U2B负相输入端接有2V参考电压，正相输入端与输出端相连，输出端经第三～五分压电阻JR3、JR4、JR5构成电压源与第一开关电路U1连接，第一开关电路U1的输出端接至第一运算放大器U2A的正相输入端；第三开关电路U3经第七～九限流电阻JR7、JR8、JR9接地，输出端与第一运算放大器U2A的反相输入端和电阻输出端ROUTF相连，第一运算放大器U2A的输出端接至三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接至工作电源，发射极接电阻输出端ROUTZ；第一开关电路U1和第三开关电路U3的输入端均与MCU控制器连接。

如图4所示，第一隔离控制电路包括第四～七光电继电器U4～U7，其中第四光电继电器U4、第五光电继电器U5、第六光电继电器U6的控制端分别与MCU控制器的控制信号相连，输入端均接至表笔端信号，第四光电继电器U4、第六光电继电器U6的输出端与电阻测量电路的输出端相连，第七光电继电器U7的输入端接有工作电源和MCU控制器，输出端接空载检测电源，第五光电继电器U5的输出端接有电压信号采集电路。

第二隔离控制电路包括第八光电继电器U8和第九光电继电器U9，其中第九光电继电器U9的输入端与电阻采集跟随电路的输出端相连，第八光电继电器U8的输入端与电压信号采集电路的输出端相连，第八光电继电器U8和第九光电继电器U9的控制端接有MCU控制器的控制信号，输出端接至MCU控制器的输入端。电阻采集跟随电路如图6所示。

一种电阻测量电路的保护电路的控制方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤2)中，如果有电压大于V1的信号，则MCU控制器保持电阻测量电路与电压信号采集电路相隔离；经过表笔端和电压信号采集电路将采集信号传输至MCU控制器分析，MCU根据分析结果反馈控制电压信号采集电路的第十、十三～十四光电继电器U10、U13、U14导通，通过一级反向缩小电路、二级正向比例放大电路以及三级反向跟随电路对采集信号进行缩放处理，测量出其电压值后进入电压测量档模式。

当电阻测量档出现小于V1的电压信号时，MCU控制器保持电阻测量电路与电压信号采集电路相隔离，第一隔离控制电路将第七光电继电器U7导通，进入空载判断模式；第七光电继电器U7导通后，MCU控制器再对电压采集电路的电压进行分析，当电压采集电路的信号电压为2～3.3V时，则MCU控制器判断当前为空载状态，没有待测电阻接入，保持空载判断模式；否则，电压采集电路的信号电压小于2V，判断有待测电阻接入。

步骤3)中，MCU控制器控制隔离控制电路将电阻测量电路与电阻采集跟随电路和MCU控制器导通，随后进入正常的电阻测量模式；电阻测量电路先以最大电阻测量档进行测试，MCU控制器根据反馈回的测量值控制第一、三开关电路U1、U3，分别自动调整测量电压值和测量电阻值，组合出恒定测量电流，组合出对应档位的测量电流；重复本步骤1～2次调整即可准确测量出待测电阻的电阻值。MCU控制器控制通过PB10_1和PB11_1控制U1的14、15、11管脚的导通或断开改变U1的13管脚输出量，通过PB7_1和PB8_1控制U3的14、15、11管脚的导通或断开改变U3的13管脚输出量，通过两个输出量的变化来更改量程，形成9种测试电流。

步骤4)中，将测试表笔的IANDR端与电阻断开，隔离控制电路将电阻测量电路与电阻采集跟随电路和MCU控制器断开，万用表再次进入空载状态，进行待机。

具体如下，本发明为一种电阻测量电路的保护电路及方法，电阻测量电路的保护电路包括：MCU控制器、电阻测量电路、隔离控制电路、电压信号采集电路、电阻采集跟随电路；MCU控制器用于分析采集电压信号、控制电压信号采集电路的缩放通道倍数、控制电阻测量电路的电压和电阻、控制隔离控制电路的通断；电阻测量电路用于测量电阻，根据接入的待测电阻阻值自动切换电阻测量档测量电流；隔离控制电路用于控制电阻测量电路、电压信号采集电路、电阻采集跟随电路、MCU控制器之间的通断，起到保护隔离作用；电压信号采集电路用于采集万用表表笔IANDR端的电压信号，其中第十、十三～十四光电继电器U10、U13、U14受MCU控制器控制；电阻采集跟随电路在MCU电路前起到稳压、缓冲的保护作用，电路中电容C13和C14为滤波电容，用于稳定信号。

MCU控制器电阻测量程序初始化后进入电阻测量模式，此时MCU控制器控制隔离控制电路的光电继电器U5、U8接通，光电继电器U4、U6、U7、U9断开，使表笔IANDR端通过电压信号采集电路与MCU控制器接通。使电阻测量电路、电阻采集跟随电路与电压信号采集电路保持断开；当有信号通过表笔IANDR端接入时，MCU控制器通过电压信号采集电路检测是否存在大于3.3V的电压信号，当检测到大于3.3V的电压信号时，MCU控制器控制隔离电路保持电阻测量电路与电阻采集跟随电路与电压信号采集电路隔离；当MCU控制器检测到小于3.3V的电压信号时，控制隔离控制电路的光电继电器U5、U7、U8接通，光电继电器U4、U6、U9断开，使3.3V电源接入表笔IANDR端，然后MCU控制器通过电压信号采集电路检测接入电压，当接入电压大于3.3V时，MCU控制器判断接入信号为大电压信号，MCU控制器控制隔离控制电路的光电继电器U5、U8接通，光电继电器U4、U6、U7、U9断开，返回刚初始化后的电压测量模式。当接入电压在2～3.3V之间时，保持空载判断流程。当接入电压小于2V时，MCU控制器判断接入了待测电阻，此时断开隔离控制电路的光电继电器U5、U8、U7，接通光电继电器U4、U6、U9，保持电阻测量电路、电阻采集跟随电路、MCU控制器导通，并以最大电阻测量档进入测量流程，然后再根据反馈的电阻电压值自动切换合适的电阻测量档位，以测得最精确的电阻值；在电阻持续训测时，当电阻测量判断电阻值超过电阻测量最大量程时，MCU控制器判断表笔“抬起”或有高压信号进入，此时MCU控制器再次进入初始化后的电压测量模式。

MCU控制器采用基于ARM的STM32F103单片机，但不限于此类单片机。

电阻检测待机模式时，电阻测量电路与电压信号采集电路一直保持断开。

电压信号采集电路包括：一级反向缩小电路，二级正向放大电路，三级反向跟随电路；一级反向比例缩小电路由TLC2272A型号运算放大器U11A和比例电阻组成，2个500KΩ电阻JR21和JR22串联组成的输入电阻接运放U11A的2管脚，2V参考电压接运放U11A的3管脚，8管脚接5V电源与4管脚接地构成运放U11A的门限值，运放U11A的输出电阻由阻值为1.5KΩ、100KΩ、1MΩ的JR19、JR18、JR20三个电阻并联组成，通过光电继电器U13和U14受MCU管脚PC8_1和PC9_1控制，与输入电阻组合出666.67倍、10倍、1倍三种信号缩小倍数；二级正向比例放大电路由TLC2272A型号运算放大器U11B和比例电阻组成，一级反向缩小电路U11A的输出经过10KΩ限流电阻JR17与运放U11B的正向输入5管脚连接，6管脚阻值1KΩ的输入电阻JR14与7管脚的组合电阻串联，其中组合电阻由0Ω短接线、3KΩ输出电阻JR12、15KΩ输出电阻JR13并联组成，由MCU管脚PC10_1和PC11_1控制光电继电器U10通断组合电阻的通道，从而组合出1倍、3.5倍、16倍三种信号放大倍数；三级反向跟随电路由TLC2272A型号运算放大器U12A和比例电阻组成，运放U12A的2管脚输入电阻JR16和1管脚输出电阻JR15均为20KΩ，对二级放大电路的输出信号进行等比反向调整后输出至MCU进行分析；电压输入量程为0V～1000V，输出量程为-4V～+4V；默认状态下输入量程为最大电压测量档；电压信号采集电路中的电容C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12均为滤波电容，用于稳定信号。

其中，最大电压测量档指的是：一级放大电路为1000倍缩小倍数，二级放大电路为1倍放大倍数。

空载状态可以这样理解：当万用表测量完电阻后，表笔探针IANDR端离开待测电阻，保持一种“抬起”的断开状态。

电阻测量电路由型号为CD4052BCM的开关电路U1和U3、TLC2272A型号运算放大器U2A和U2B及分压限流电阻组成；运放U2B构成稳压跟随电路，给开关电路U1提供2V电压源；经阻值为2700Ω、270Ω、30Ω的分压电阻JR3、JR4、JR5构成1V、100mV、10mV电压源输送至电阻开关U1的11、14、15管脚，输出接至运放U2A的3管脚；阻值为100Ω、1KΩ、10KΩ的限流电阻JR7、JR8、JR9接至开关电路U3的11、14、15管脚和2、4、5管脚，输出接至运放U2A的2管脚和电阻输出ROUTF；运放U2A的8管脚接5V电源与4管脚接地构成运放其的门限值，1管脚接三极管Q1的基级偏置电阻10KΩ的JR6输出至电阻输出ROUTZ；三极管Q1的集电极接3.3V电源和防浪涌的瞬态二极管TVS1接地；MCU通过管脚PB10_1和PB11_1控制开关电路U1，通过管脚PB7_1和PB8_1控制开关电路U3，由此组合出6种用于加载在待测电阻上的测量电流；默认状态下为最大电阻测量档；电阻测量电路中的电容C1、C2、C3、C4均为滤波电容，用于稳定信号。

其中，最大电阻测量档指的是：由最小测量电压10mV和最大电阻10kΩ的组合，此时加载在待测电阻上的测量电流最小，为I_min＝U_min/R_max＝10^-6A。

隔离控制电路由型号AQW214WH的光电继电器U4、U5、U6、U7、U8、U9和限流电阻及熔断器组成；MCU用管脚PD2_1通过U4、U6和U9控制电阻测量电路和电阻采集跟随电路的通断，切换电阻档测量模式和电压档测量模式。其中，IANDR端通过U4后串联100K电阻JR10和JR11与REST端连接。IANDR端与F1和F2熔断器串联，通过U6与ROUT端连接。熔断器用于保护电阻测量电路，防止万用表处于电阻档正在测量电阻时出现的高压信号；MCU控制器用管脚PB5_1通过U5控制电压信号采集电路和电阻测量电路的通断，通过U8控制电压信号采集电路的CURP、CURN和MCU控制器的IN1+、IN1-通断，两光电继电器用于切换电压信号判断；MCU用管脚PA0_1通过U7控制电压信号采集电路和3.3V空载判断电源的通断，用于判断IANDR端是空载还是接入了待测电阻。

电阻值测量方法：将电阻测量电路提供的稳定测量电流I_c加载在待测电阻R_x上，通过电阻采集跟随电路和MCU控制器测量待测电阻上的电压U_r，得出待测电阻的阻值R_x＝U_r/I_c；其他档位测量方法相同，只是测量电压和测量电阻变化组合后的测量电流I_c不同。

电压信号检测逻辑方法：MCU控制器可对电压信号采集电路的一级反向比例缩小电路的缩小倍数a和二级正向比例放大电路的放大倍数b进行调整；三级反向比例放大电路对信号进行等比反向调整，然后将调整后电压x传输给MCU的电压信号采集管脚；当x值大于3.6V时，MCU重新调整缩小倍数a和放大倍数b，直至x值小于3.6V；然后MCU根据算式y＝x÷2÷a÷b计算出当前接入信号的电压y；当y大于5V时，判断其为非电阻档测量的电压信号，万用表进入电压测量档；否则为电阻档测量电压信号，进入后续的空载判断逻辑。

空载判断逻辑方法：当MCU测得IANDR端电压大于3V时，判断为空载状态，电阻测量电路和IANDR端保持断开，进入待机状态；当MCU测得外部电压小于3V时，MCU控制器将电阻测量电路导通，与待测电阻连接进行正常电阻测量流程；测量完电阻，抬起表笔，断开IANDR端后恢复空载状态，电阻测量电路和表笔断开，返回上一段的电压信号检测逻辑，以防止电阻档接入高压信号烧坏万用表。

本发明涉及一种电阻测量保护电路和保护方法，具体步骤如下：

第一步，万用表在保护程序初始化后，MCU控制器控制隔离控制电路图4将电阻测量电路图3与电压信号采集电路图5隔离。

第二步，1)当电阻测量档出现大于5V的高压信号时，MCU控制器保持电阻测量电路图3与电压信号采集电路图5相隔离；经过电压信号采集电路图5将采集信号传输至MCU控制器分析，MCU根据分析结果反馈控制电压信号采集电路图5的U10、U13、U14对采集信号进行适当缩放处理，测量出其电压值后进入电压测量档模式。

2)当电阻测量档出现小于5V的电压信号时，MCU控制器仍保持电阻测量电路图3与电压信号采集电路图5相隔离，但隔离控制电路图4将光电继电器U7导通，逻辑进入空载判断模式；光电继电器U7导通后，MCU控制器再对隔离控制电路图3的IANDRZ和IANDRF管脚上电压进行分析，当分析管脚信号电压大于3V时，MCU判断当前为空载状态，没有待测电阻接入，保持空载判断模式；否则，因待测电阻接入分压，IANDRZ和IANDRF管脚信号电压小于3V，判断有待测电阻接入。

第三步，经过上面两步后，MCU再次重复判断是否存在大于5V的电压信号，用于防止测试完电阻后忘记更换测量档位而直接接入其他高压信号，经过再次判断无高压信号后开始进入电阻测量流程。

第四步，MCU控制器控制隔离控制电路图3将电阻测量电路图2与电压信号采集电路图4导通，随后进入正常的电阻测量逻辑；电阻测量电路图2先以最大电阻测量档进行测试，MCU控制器根据反馈回的测量值控制光电继电器U1和U3，自动调整测量电压和测量电阻，组合出对应档位的测量电流；通过以上方法，1～2次调整即可准确测量出待测电阻的电阻值。

第五步，电阻测量完毕后，使用者将测试表笔IANDR端与电阻断开，隔离控制电路图4将电阻测量电路图3与电压信号采集电路图5和MCU控制器断开，万用表再次进入空载状态，进行待机。

第六步，再次返回第二步进行高压检测，判断后续流程是第二步1)还是第二步2)，再继续后续检测流程。

举例说明，当万用表设置在电阻测量档，误将万用表的表笔IANDR端接入220V直流信号源中时，因隔离控制电路图4将电阻测量电路图3和电压信号采集电路图5隔离，y V直流信号无法进入电阻测量电路图3；在经过电压信号采集电路图5的一级缩小电路a倍缩小，二级放大电路b倍放大，三级跟随电路处理后，由MCU控制器采集到一个幅值为x V的差分直流信号；当x绝对值大于3.6V时，MCU判断一级缩小电路和二级放大电路的缩放倍数异常，导致运放没有正常工作，重新对一级缩小电路和二级放大电路的缩放倍数进行调整，直到x的绝对值值小于3.6V；此时MCU根据其控制的光电继电器U10、U13、U14上PC8_1、PC9_1、PC10_1、PC11_1四个管脚的状态，根据算式y＝x÷2÷a÷b计算出此时接入信号的电压值。

比如，当x＝659mV时，有a＝1.5×10^-3，b＝1时，y＝219.66V。因219.66V>5V,判断此时接入信号为高压信号，MCU控制万用表进入电压档模式，起到保护电阻测量档的作用。

图7中的P1、P2为插接件，其中IN1+，IN1-到MCU控制器的AD接口，PA、PB、PC、PD等到MCU控制器的GPIO口。

本发明完善了万用表电阻测量档测量保护机制，即使错误使用了电阻测量档去测量电压，万用表也会自动由电阻测量档转换为电压测量档，这样既不会对万用表和待测设备造成损坏，保证工作效率，还保证了使用者的安全。

Claims

1.一种电阻测量电路的保护电路，其特征在于：包括MCU控制器、电阻测量电路、第一、二隔离控制电路、电压信号采集电路、电阻采集跟随电路，第一隔离控制电路接收表笔端的信号，输出电阻测量信号或电压测量信号分别送至电阻测量电路和电压信号采集电路，电压信号采集电路的输出端经第二隔离控制电路与MCU控制器相连，MCU控制器与第一隔离控制电路、第二隔离控制电路、电阻测量电路、电压信号采集电路的控制端相连。

2.根据权利要求1所述的一种电阻测量电路的保护电路，其特征在于：电压信号采集电路包括一级反向缩小电路、二级正向比例放大电路以及三级反向跟随电路，其中一级反向缩小电路包括第一运算放大器U11A，第一运算放大器U11A的反相输入端接有第一～二电阻JR21、JR22串联组成的输入电阻，第一运算放大器U11A的正相输入端接2V参考电压，第一运算放大器U11A的输出端经第十三～十四光电继电器U13～U14与MCU控制器连接；二级正向比例放大电路包括第二运算放大器U11B，第二运算放大器U11B的正相输入端与第一运算放大器U11A的输出端相连，第二运算放大器U11B的反相输入端、输出端以及第一运算放大器U11A的正相输入端经第十光电继电器与MCU控制器连接；三级反向跟随电路包括第三运算放大器U12A和第四运算放大器U12B，第三运算放大器U12A的反相输入端与第二运算放大器U11B的输出端连接，第三运算放大器U12A的正相输入端接第四运算放大器提供的2V参考电压，第三运算放大器U12A的输出端经第一隔离控制电路与MCU控制器相连。

3.根据权利要求1所述的一种电阻测量电路的保护电路，其特征在于：电阻测量电路包括第一开关电路U1和第三开关电路U3、第五～六运算放大器U2A～U2B及三极管Q1，其中第六运算放大器U2B负相输入端接有2V参考电压，正相输入端与输出端相连，输出端经第三～五分压电阻JR3、JR4、JR5构成电压源与第一开关电路U1连接，第一开关电路U1的输出端接至第一运算放大器U2A的正相输入端；第三开关电路U3经第七～九限流电阻JR7、JR8、JR9接地，输出端与第一运算放大器U2A的反相输入端和电阻输出端ROUTF相连，第一运算放大器U2A的输出端接至三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接至工作电源，发射极接电阻输出端ROUTZ；第一开关电路U1和第三开关电路U3的输入端均与MCU控制器连接。

4.根据权利要求1所述的一种电阻测量电路的保护电路，其特征在于：第一隔离控制电路包括第四～七光电继电器U4～U7，其中第四光电继电器U4、第五光电继电器U5、第六光电继电器U6的控制端分别与MCU控制器的控制信号相连，输入端均接至表笔端信号，第四光电继电器U4、第六光电继电器U6的输出端与电阻测量电路的输出端相连，第七光电继电器U7的输入端接有工作电源和MCU控制器，输出端接空载检测电源，第五光电继电器U5的输出端接有电压信号采集电路。

5.根据权利要求1所述的一种电阻测量电路的保护电路，其特征在于：第二隔离控制电路包括第八光电继电器U8和第九光电继电器U9，其中第九光电继电器U9的输入端与电阻采集跟随电路的输出端相连，第八光电继电器U8的输入端与电压信号采集电路的输出端相连，第八光电继电器U8和第九光电继电器U9的控制端接有MCU控制器的控制信号，输出端接至MCU控制器的输入端。

6.一种电阻测量电路的保护电路的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种电阻测量电路的保护电路的控制方法，其特征在于：步骤2)中，如果有电压大于V1的信号，则MCU控制器保持电阻测量电路与电压信号采集电路相隔离；经过表笔端和电压信号采集电路将采集信号传输至MCU控制器分析，MCU根据分析结果反馈控制电压信号采集电路的第十、十三～十四光电继电器U10、U13、U14导通，通过一级反向缩小电路、二级正向比例放大电路以及三级反向跟随电路对采集信号进行缩放处理，测量出其电压值后进入电压测量档模式。

8.根据权利要求6所述的一种电阻测量电路的保护电路的控制方法，其特征在于：当电阻测量档出现小于V1的电压信号时，MCU控制器保持电阻测量电路与电压信号采集电路相隔离，第一隔离控制电路将第七光电继电器U7导通，进入空载判断模式；第七光电继电器U7导通后，MCU控制器再对电压采集电路的电压进行分析，当电压采集电路的信号电压为2～3.3V时，则MCU控制器判断当前为空载状态，没有待测电阻接入，保持空载判断模式；否则，电压采集电路的信号电压小于2V，判断有待测电阻接入。

9.根据权利要求6所述的一种阻测量电路的保护电路的控制方法，其特征在于：步骤3)中，MCU控制器控制隔离控制电路将电阻测量电路与电阻采集跟随电路和MCU控制器导通，随后进入正常的电阻测量模式；电阻测量电路先以最大电阻测量档进行测试，MCU控制器根据反馈回的测量值控制第一、三开关电路U1、U3，分别自动调整测量电压值和测量电阻值，组合出对应档位的测量电流；重复本步骤1～2次调整即可准确测量出待测电阻的电阻值。

10.根据权利要求6所述的一种阻测量电路的保护电路的控制方法，其特征在于：步骤4)中，将测试表笔的IANDR端与电阻断开，隔离控制电路将电阻测量电路与电阻采集跟随电路和MCU控制器断开，万用表再次进入空载状态，进行待机。