CN205542235U - 一种程控多通道可变电阻器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公告了一种程控多通道可变电阻器，包括与控制系统的上位机连接的通信接口和多通道电阻输出接口，其特征在于包括单片机、至少一个单通道由数字电位计和静电释放保护芯片组成的串联支路，单片机与串口转换模块之间采用UART三线接口方式通信，单片机与数字电位计通过I²C通信方式设置或读取当前数字电位计抽头位置或者阻值。调整和控制方法有以下步骤：1)测试串口；2)直接程控读取和调整指定通道的数字电位计的电阻值；3)通过万用表定期校准各个通道的数字电位计的电阻值。本实用新型组成简单，使用方便，阻值准确可靠，可由单片机嵌入式软件应用各个通道的电阻值校正线性系数，对电阻值进行自动修正，保障其电阻值的准确度。

Description

一种程控多通道可变电阻器

技术领域

本实用新型涉及电阻调整，特别是涉及一种程控多通道可变电阻器。

背景技术

对电阻阻值的调整和控制，现有的传统方式是通过机械位移或旋转实现的，诸如滑动变阻器、旋转调节式可变电位器等。近年来，广泛应用于包括仪器仪表、计算机及通信设备、家用电器、医疗保健产品和工业控制领域的数字电位计，尽管具有体积小、调节精度高、无噪声、无机械磨损、寿命极长和可读写数据的优点，其电阻值的调整和控制，只能通过I²C通信协议实现，无法通过与包括个人电脑(Personal Computer，缩略词为PC)、笔记本电脑、平板电脑、智能手机和智能终端运行的软件协同作业直接控制调整其电阻值。此外，数字电位计的电阻值往往与标称值之间存在误差，这种误差还会随着使用时间的推移而变化，需要校准，否则，难以保障其电阻值的准确度。目前尚未见有用于直接通过电脑或者智能终端程控的多通道可变电阻器。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种程控多通道可变电阻器。

本实用新型的程控多通道可变电阻器技术问题通过以下技术方案予以解决。

这种程控多通道可变电阻器，包括与控制系统的上位机连接的通信接口和多通道电阻输出接口，由所述通信接口与所述控制系统的上位机软件之间通过协议指令进行通信，直接控制调整其电阻值从所述多通道电阻输出接口输出。

这种程控多通道可变电阻器的特点是：

包括单片机、设置在所述单片机与所述多通道电阻输出接口之间的至少一个单通道由数字电位计和静电释放(Electro-Static discharge，缩略词为ESD)保护芯片组成的串联支路，所述单片机与所述串口转换模块之间采用通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，缩略词为UART)三线接口方式通信，所述单片机与所述至少一个单通道的数字电位计通过I²C通信方式设置或者读取当前数字电位计抽头位置或者阻值。

本实用新型的程控多通道可变电阻器技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。

还包括设置在所述通信接口和所述单片机之间的串口转换模块，所述通信接口包括通用串行总线(Universal Serial Bus，缩略词为USB)接口、RJ45接口、wifi接口、蓝牙接口和红外接口，所述控制系统的上位机相应安装有所述串口转换模块的相应驱动程序，将上述通信接口识别为串行通信接口。

所述通信接口是USB接口，由所述控制系统的上位机的USB接口提供5V直流电源。

所述通信接口还包括RS232串行通信接口，所述控制系统的上位机无须安装相应驱动程序。

还包括接入5V直流电源的电源接口，以及设置在所述单片机与所述电源接口之间的降压转换器，将5V直流电压转换成3.3V直流电压，给所述单片机和所述串口转换模块分别供电，所述电源接口还将5V直流电压给其他组成件供电。

所述通信接口与所述控制系统的上位机软件之间通过协议指令进行通信，是通过通用串行总线(Universal Serial Bus，缩略词为USB)连接线、RJ45连接线、wifi、蓝牙和红外，以及RS232连接线进行通信中的一种。

所述通信接口与所述控制系统的上位机软件之间通过协议指令进行通信，接收并响应的指令包括测试串口指令、写通道电位计阻值指令、读通道电位计阻值指令、写通道电位计抽头位置指令、读通道电位计抽头位置指令、写通道电位计线性系数指令、读通道电位计线性系数指令、写序列号指令，以及读序列号指令。

所述测试串口指令如下表1。

表1

所述写通道电位计阻值指令如下表2。

表2

*X0：通道编号，从0开始；

X1：阻值低8位；

X2：阻值高8位；

所述读通道电位计阻值指令如下表3。

表3

*X0：通道编号，从0开始；

X1：阻值低8位；

X2：阻值高8位；

所述写通道电位计抽头位置指令如下表4。

表4

*X0：通道编号，从0开始；

X1：抽头位置低8位；

X2：抽头位置高8位；

所述读通道电位计抽头位置指令如下表5。

表5

*X0：通道编号，从0开始；

X1：抽头位置低8位；

X2：抽头位置高8位；

所述写通道电位计线性系数指令如下表6。

表6

*X0：通道编号，从0开始；

X1：offset偏移量低8位；

X2：offset偏移量高8位；

X3：系数低8位；

X4：系数高8位；

所述读通道电位计线性系数指令如下表7。

表7

*X0：通道编号，从0开始；

X1：offset偏移量低8位；

X2：offset偏移量高8位；

X3：系数低8位；

X4：系数高8位；

所述写序列号指令如下表8。

表8

所述读序列号指令如下表9。

表9

本实用新型的程控多通道可变电阻器技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。

所述单片机是低功耗、自带Flash、具有UART，I²C外设接口的单片机，其主要功能是处理串口接收和发送的数据，通过I²C控制数字电位计的阻值。

所述串口转换模块是包括IO管脚驱动能力强、IO电平支持2.8V～5.0V宽范围的芯片的串口转换模块，其主要功能是实现通信接口和串口TTL电平的转换。

所述数字电位计是温度系数低、抽头位置可读回的数字电位计，其主要功能是控制输出端口两端电阻的变化。

所述ESD保护芯片是体积小、低电容、低漏电流的ESD保护芯片，其主要功能是防止静电给产品造成伤害。

所述降压转换器是高效率的5V/3.3V的线性稳压转换器，其主要功能是将5V直流电压转换成3.3V直流电压，给单片机和串口转换模块分别供电。

所述控制系统的上位机是个人电脑PC、笔记本电脑、平板电脑、智能手机和智能终端中的一种。

本实用新型的程控多通道可变电阻器电阻值调整和控制方法，基于与控制系统的上位机连接的通信接口、至少一个单通道数字电位计与单片机的整合，有以下步骤：

1)测试串口；

2)直接程控读取和调整指定通道的数字电位计的电阻值；

3)通过万用表校准指定通道的数字电位计的电阻值。

所述步骤1)测试串口，有以下分步骤：

1·1)所述控制系统的上位机通过所述通信接口发送包含校验码的测试串口指令给程控多通道可变电阻器的单片机，且开始计时，所述校验码是将需要检验的包括数据长度、类型和有效数据部分字段按字节相加后取其补码而生成的校验码，总是由数据发送方计算并在数据传输的最后1字节发送给数据接收方；

1·2)所述单片机接收到测试串口指令后进行校验，将接收到的包括最后1字节校验数据的数据相加并取最低1字节，

如果最终求和值是0，则接收方认为本次传送过程无误码，校验成功，所述单片机向所述控制系统的上位机发送校验成功信息，完成测试串口连接；

如果最终求和值非0，则接收方认为本次传送过程有误码，校验失败，所述单片机不应答测试串口指令，所述控制系统的上位机检查计时是否仍在程序预设的等待时间内，

如果在程序预设的等待时间内，继续等待；

如果超出程序预设的等待时间，重复分步骤1·1)～1·2)。

所述步骤2)直接程控读取和调整指定通道的数字电位计的电阻值，有以下分步骤：

2·1)所述控制系统的上位机通过通信接口发送包含校验码的写通道电位计阻值指令或写通道电位计抽头位置指令给程控多通道可变电阻器的单片机，且开始计时；

2·2)所述单片机接收到写通道电位计阻值指令或写通道电位计抽头位置指令后进行校验，将接收到的包括最后1字节校校验数据的数据相加并取最低1字节，

如果最终求和值是0，则接收方认为本次传送过程无误码，校验成功，所述单片机通过I²C通信方式将对应指定通道的数字电位计阻值或抽头位置设置到指令中携带的阻值参数或抽头位置参数，完成直接程控读取和调整指定通道的数字电位计的电阻值，且通过通信接口发送应答包给所述控制系统的上位机；

如果最终求和值非0，则接收方认为本次传送过程有误码，校验失败，所述单片机不应答接收到的指令，所述控制系统的上位机检查计时是否仍在程序预设的等待时间内，

如果在程序预设的等待时间内，继续等待；

如果超出程序预设的等待时间，重复分步骤2·1)～2·2)。

所述步骤3)通过万用表校准指定通道的数字电位计的电阻值，有以下分步骤：

3·1)所述控制系统的上位机通过通信接口发送包含校验码的写通道电位计阻值指令或写通道电位计抽头位置指令给程控多通道可变电阻器的单片机，且开始计时；

3·2)所述单片机接收到写通道电位计阻值指令或写通道电位计抽头位置指令后进行校验，将接收到的包括最后1字节校验数据的数据相加并取最低1字节，

如果最终求和值是0，则接收方认为本次传送过程无误码，校验成功，所述单片机通过I²C通信方式将对应指定通道的数字电位计电阻值设置到标称的最大值或将数字电位计抽头位置设置到最大数值，且通过通信接口发送应答包给所述控制系统的上位机；

如果最终求和值非0，则接收方认为本次传送过程有误码，校验失败，所述单片机不应答接收到的指令，所述控制系统的上位机检查计时是否仍在程序预设的等待时间内，

如果在程序预设的等待时间内，继续等待；

如果超出程序预设的等待时间，重复分步骤3·1)～3·2)。

3·3)用万用表实测对应指定通道的数字电位计电阻值；

3·4)将万用表实测的对应指定通道的数字电位计电阻值人工输入到所述控制系统的上位机程序界面，计算该通道标称最大电阻值与万用表实测的对应指定通道的数字电位计电阻值的比值，即对应指定通道的电阻值校正线性系数；

3·4)所述控制系统的上位机通过通信接口发送包含校验码的写通道电位计线性系数指令给程控多通道可变电阻器的单片机，且开始计时；

3·5)所述单片机接收到写通道电位计线性系数指令后进行校验，将接收到的包括最后1字节校验数据的数据相加并取最低1字节，

如果最终求和值是0，则接收方认为本次传送过程无误码，校验成功，所述单片机通过I²C通信方式将对应指定通道的电阻值校正线性系数写入所述单片机，存储于内置单片机的嵌入式软件中，由单片机嵌入式软件应用对应指定通道的电阻值校正线性系数，对相应指定通道数字电位计的电阻值进行自动修正；

如果最终求和值非0，则接收方认为本次传送过程有误码，校验失败，所述单片机不应答接收到的指令，所述控制系统的上位机检查计时是否仍在程序预设的等待时间内，

如果在程序预设的等待时间内，继续等待；

如果超出程序预设的等待时间，重复分步骤3·4)～3·5)。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

本实用新型基于与控制系统的上位机连接的通信接口、至少一个单通道数字电位计与单片机的整合，直接程控读取和调整指定通道的数字电位计的电阻值，组成简单，使用方便，阻值准确可靠，且通过万用表定期校准各个通道的数字电位计的电阻值，各个通道的电阻值校正线性系数写入单片机，存储于内置单片机的嵌入式软件中，由单片机嵌入式软件应用各个通道的电阻值校正线性系数，对相应通道数字电位计的电阻值进行自动修正，保障其电阻值的准确度。本实用新型的程控多通道可变电阻器可以广泛应用于包括仪器仪表、计算机及通信设备、家用电器、医疗保健产品和工业控制领域的需要通过电脑或者智能终端直接控制电阻值的产品中，实现包括多通道音量、多通道光强度的程控。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的组成方框图；

图2是本实用新型具体实施方式应用于LED显示屏白平衡调整电阻全自动测定装置中的组成方框图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型进行说明。

一种如图1所示的程控三通道可变电阻器，用于如图2所示的LED显示屏白平衡调整电阻全自动测定装置中。该全自动测定装置包括亮度色度测量装置1，以及与亮度色度测量装置1连接的控制与计算组件2，显示屏控制系统3与待测定白平衡调整电阻的全彩显示模块4连接，亮度色度测量装置1与控制与计算组件2通过第一USB接口(附图中未画出)通信，控制与计算组件与显示屏控制系统的上位机软件之间通过协议指令进行通信，

设有电阻调节装置5，电阻调节装置5设置在待测定白平衡调整电阻的全彩显示模块4和控制与计算组件2之间，与控制与计算组件2通过通信接口5-11通信，接收控制与计算组件2的测量指令，输出指定的调节电阻阻值。

电阻调节装置5是程控三通道可变电阻器，包括与控制与计算组件2连接的通信接口5-11、型号为STM32的单片机5-2、设置在通信接口5-11和单片机5-2之间的型号为FT232RL的串口转换模块5-1、设置在单片机5-2与待测定白平衡调整电阻的全彩显示模块4的接口5-10之间的RGB三色的三个单通道由型号均为AD7175的数字电位计5-4、数字电位计5-5、数字电位计5-6和型号均为SN65220的ESD保护芯片5-7、ESD保护芯片5-8、ESD保护芯片5-9分别组成的串联支路、来自控制与计算组件的Lenovo公司出品的型号为T410笔记本电脑的USB输出的5V直流电源接口5-12，以及型号为AMS1117-3.3的降压转换器5-3，降压转换器5-3设置在单片机5-2与5V直流电源接口5-12之间，将5V直流电压降压为3.3V给单片机5-2和串口转换模块5-1分别供电，5V直流电源接口5-12还给其他组成件供电，单片机5-2与串口转换模块5-1之间采用UART三线接口方式通信，单片机5-2与RGB三色的三个单通道数字电位计5-4、数字电位计5-5、数字电位计5-6通过I²C通信方式设置或者读取当前数字电位计抽头位置或者阻值，控制与计算组件2的上位机安装有串口转换模块5-1的相应驱动程序，与电阻调节装置5相连接的通信接口5-11被控制与计算组件2的上位机识别为串口。

本具体实施方式的电阻值调整和控制方法，基于与控制系统的上位机连接的通信接口、三个单通道数字电位计与单片机的整合，有以下步骤：

1)测试串口，有以下分步骤：

1·1)控制系统的上位机通过通信接口发送包含校验码的测试串口指令给程控多通道可变电阻器的单片机，且开始计时，校验码是将需要检验的包括数据长度、类型和有效数据部分字段按字节相加后取其补码而生成的校验码，总是由数据发送方计算并在数据传输的最后1字节发送给数据接收方；

1·2)单片机接收到测试串口指令后进行校验，将接收到的包括最后1字节校验数据的数据相加并取最低1字节，

如果最终求和值是0，则接收方认为本次传送过程无误码，校验成功，单片机向控制系统的上位机发送校验成功信息，完成测试串口连接；

如果最终求和值非0，则接收方认为本次传送过程有误码，校验失败，单片机不应答测试串口指令，控制系统的上位机检查计时是否仍在程序预设的等待时间内，

如果在程序预设的等待时间内，继续等待；

如果超出程序预设的等待时间，重复分步骤1·1)～1·2)；

2)直接程控读取和调整指定通道的数字电位计的电阻值，有以下分步骤：

2·1)控制系统的上位机通过通信接口发送包含校验码的写通道电位计阻值指令或写通道电位计抽头位置指令给程控多通道可变电阻器的单片机，且开始计时；

2·2)单片机接收到写通道电位计阻值指令或写通道电位计抽头位置指令后进行校验，将接收到的包括最后1字节校验数据的数据相加并取最低1字节，

如果最终求和值是0，则接收方认为本次传送过程无误码，校验成功，单片机通过I²C通信方式将对应指定通道的数字电位计阻值或抽头位置设置到指令中携带的阻值参数或抽头位置参数，完成直接程控读取和调整指定通道的数字电位计的电阻值，且通过通信接口发送应答包给控制系统的上位机；

如果最终求和值非0，则接收方认为本次传送过程有误码，校验失败，单片机不应答接收到的指令，控制系统的上位机检查计时是否仍在程序预设的等待时间内，

如果在程序预设的等待时间内，继续等待；

如果超出程序预设的等待时间，重复分步骤2·1)～2·2)；

3)通过万用表校准指定通道的数字电位计的电阻值，有以下分步骤：

3·1)控制系统的上位机通过通信接口发送包含校验码的写通道电位计阻值指令或写通道电位计抽头位置指令给程控多通道可变电阻器的单片机，且开始计时；

3·2)单片机接收到写通道电位计阻值指令或写通道电位计抽头位置指令后进行校验，将接收到的包括最后1字节校验数据的数据相加并取最低1字节，

如果最终求和值是0，则接收方认为本次传送过程无误码，校验成功，单片机通过I²C通信方式将对应指定通道的数字电位计电阻值设置到标称的最大值或将数字电位计抽头位置设置到最大数值，且通过通信接口发送应答包给控制系统的上位机；

如果最终求和值非0，则接收方认为本次传送过程有误码，校验失败，单片机不应答接收到的指令，控制系统的上位机检查计时是否仍在程序预设的等待时间内，

如果在程序预设的等待时间内，继续等待；

如果超出程序预设的等待时间，重复分步骤3·1)～3·2)。

3·3)用万用表实测对应指定通道的数字电位计电阻值；

3·4)将万用表实测的对应指定通道的数字电位计电阻值人工输入到控制系统的上位机程序界面，计算该通道标称最大电阻值与万用表实测的对应指定通道的数字电位计电阻值的比值，即对应指定通道的电阻值校正线性系数；

3·4)控制系统的上位机通过通信接口发送包含校验码的写通道电位计线性系数指令给程控多通道可变电阻器的单片机，且开始计时；

3·5)单片机接收到写通道电位计线性系数指令后进行校验，将接收到的包括最后1字节校验数据的数据相加并取最低1字节，

如果最终求和值是0，则接收方认为本次传送过程无误码，校验成功，单片机通过I²C通信方式将对应指定通道的电阻值校正线性系数写入单片机，存储于内置单片机的嵌入式软件中，由单片机嵌入式软件应用对应指定通道的电阻值校正线性系数，对相应指定通道数字电位计的电阻值进行自动修正；

如果最终求和值非0，则接收方认为本次传送过程有误码，校验失败，单片机不应答接收到的指令，控制系统的上位机检查计时是否仍在程序预设的等待时间内，

如果在程序预设的等待时间内，继续等待；

如果超出程序预设的等待时间，重复分步骤3·4)～3·5)。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种程控多通道可变电阻器，包括与控制系统的上位机连接的通信接口和多通道电阻输出接口，由所述通信接口与所述控制系统的上位机软件之间通过协议指令进行通信，直接控制调整其电阻值从所述多通道电阻输出接口输出，其特征在于：

包括单片机、设置在所述单片机与所述多通道电阻输出接口之间的至少一个单通道由数字电位计和静电释放ESD保护芯片组成的串联支路，所述单片机与串口转换模块之间采用通用异步收发传输器UART三线接口方式通信。

2.如权利要求1所述的程控多通道可变电阻器，其特征在于：

还包括设置在所述通信接口和所述单片机之间的串口转换模块，所述通信接口包括通用串行总线USB接口、RJ45接口、wifi接口、蓝牙接口和红外接口，以及RS232串行通信接口。

3.如权利要求1所述的程控多通道可变电阻器，其特征在于：

还包括接入5V直流电源的电源接口，以及设置在所述单片机与所述电源接口之间的降压转换器。

4.如权利要求1所述的程控多通道可变电阻器，其特征在于：

所述通信接口与所述控制系统的上位机软件之间通过协议指令进行通信，是通过USB连接线、RJ45连接线、wifi、蓝牙和红外，以及RS232连接线进行通信中的一种。

5.如权利要求1所述的程控多通道可变电阻器，其特征在于：

所述单片机是低功耗、自带Flash、具有UART，I²C外设接口的单片机。

6.如权利要求1所述的程控多通道可变电阻器，其特征在于：

所述串口转换模块是包括IO管脚驱动能力强、IO电平支持2.8V～5.0V宽范围的芯片的串口转换模块。

7.如权利要求1所述的程控多通道可变电阻器，其特征在于：

所述数字电位计是温度系数低、抽头位置可读回的数字电位计。

8.如权利要求1所述的程控多通道可变电阻器，其特征在于：

所述ESD保护芯片是体积小、低电容、低漏电流的ESD保护芯片。

9.如权利要求3所述的程控多通道可变电阻器，其特征在于：

所述降压转换器是高效率的5V/3.3V的线性稳压转换器。

10.如权利要求1所述的程控多通道可变电阻器，其特征在于：

所述控制系统的上位机是个人电脑PC、笔记本电脑、平板电脑、智能手机和智能终端中的一种。