CN213783266U - 快速可编程电阻负载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种快速可编程电阻负载装置，包括电阻网络，所述电阻网络包括依次串联的0.1Ω步进档位、1Ω步进档位、10Ω步进档位、100Ω步进档位、1kΩ步进档位、10kΩ步进档位、100kΩ步进档位、1MΩ步进档位的电阻网络，所述0.1Ω步进档位、1Ω步进档位、10Ω步进档位的电阻网络下设置有继电器，且通过继电器与输出端连接；每个步进档位使用8421编码的阻值结构，且每个电阻均有对应的继电器控制其是否接入线路。本实用新型实现0.1Ω~10MΩ范围内以0.1Ω为步进的任意电阻值，阻值误差不超过总输出阻值的1%，节省了元器件数量与IO口数量，具有较好的实用性。

Description

快速可编程电阻负载装置

技术领域

本实用新型属于电阻负载装置的技术领域，具体涉及一种快速可编程电阻负载装置。

背景技术

目前，工业领域所使用的压力传感器、温度传感器等多为电阻式传感器。传感器的阻值随着压力温度的变化而相应地变化。而与这些传感器相连的控制器或指示器在研发调试或生产测试过程中，往往采用阻值和档位固定的标准电阻来模拟这些传感器。这样，在需要更换一种型号的传感器时必须更换一组标准电阻，因而可操作性差，费工费时。而在某些生产测试中需要同时提供几组不同阻值的电阻。而目前市场上的电阻箱产品多以电阻串并联的方式得到不同阻值，使用到的电阻数量较多且精度不够高，选择档位时需要人工手动切换，以上两种方法都存在工作强度大且容易出错的问题。

目前市场上的快速可编程电阻负载装置，已有产品均为基于PXI接口的模块化仪器产品，一方面价格都是数万元一块，对于一些资金不足的应用来说成本不可接受，另一方面现有产品也不适合某些工业应用场景的使用。PXI接口需要专用的机箱，携带不便，同时协议内容较复杂，部分基于MCU的工控设备无法通过二次编程实现该协议，使用不便。同时该类型模块还有电阻可变范围小的、接口不便于使用、耐受电流不足的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种快速可编程电阻负载装置，本实用新型实现0.1Ω~10MΩ范围内以0.1Ω为步进的任意电阻值，阻值误差不超过总输出阻值的1%，具有较好的实用性。

本实用新型主要通过以下技术方案实现：

一种快速可编程电阻负载装置，包括电阻网络，所述电阻网络包括依次串联的0.1Ω步进档位、1Ω步进档位、10Ω步进档位、100Ω步进档位、1kΩ步进档位、10kΩ步进档位、100kΩ步进档位、1MΩ步进档位的电阻网络，所述0.1Ω步进档位、1Ω步进档位、10Ω步进档位的电阻网络下设置有继电器，且通过继电器与输出端连接；每个步进档位使用8421编码的阻值结构，且每个电阻均有对应的继电器控制其是否接入线路。

本实用新型在使用过程中，电阻网络共由8组电阻网络组成，每一组电阻网络使用8421编码的阻值结构，每个电阻均有对应的继电器控制其是否接入线路。为了便于修正数据，本实用新型加入了一个0.1Ω步进的档位，用于修正阻值数据。同时针对小阻值的实现，本实用新型在0.1Ω步进档位、1Ω步进档位、10Ω步进档位下增设了一个继电器连接到输出端，以避免大步进档位短路继电器的电阻对输出电阻值的影响。使用以上方案，本实用新型在实现1Ω~10MΩ可调范围与1%精度的基础上，节省了元器件数量与IO口数量。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述电阻负载装置作为从机挂在RS485总线上，并通过MODBUS协议与上位机通信；还包括数据处理模块、电源，所述数据处理模块通过RS485总线与上位机连接，所述数据处理模块与电阻网络连接，所述电源分别连接数据处理模块和电阻网络。

本实用新型在使用过程中，本实用新型作为从机挂在RS485总线上，通过MODBUS（RTU）协议实现与上位机的通信。其中电阻网络实现电阻值的配置，数据处理模块负责接收上位机发送过来的控制命令，然后按照命令指示，控制电阻网络中的继电器开闭，对外输出相应的电阻值。电源负责将外接9~24V电压转换成电阻网络与数据处理模块所需的5V和3.3V电压。所述数据处理模块为现有技术，且不是本实用新型的主要改进点，故不再赘述。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述电源外接9~24V电压，首先通过DCDC电路转换为5V电压，以满足电阻网络所需，然后，转换后的5V电压通过LDO电路转换为3.3V电压，以满足数据处理模块所需。

本实用新型在使用过程中，输入电压是直流DC9V~DC24V，系统需要DC5V和DC3.3V两种电压源，从有效降低电源消耗，提高电源使用效率，减少电源自身发热量，有效降低成本的角度考虑，本实用新型采用了2级转换的方式；第一级，DC9V~DC24V转换为DC5V，采用DCDC的转换方式，使用LM2596-5.0实现转换，3A的最大输出电流，可以很好满足电阻网络中继电器阵列的供电，总体效率可以达到80%以上；第二级，DC5V转换为3.3V，采用LDO的转换方式，使用AMS1117-3.3实现，效率66%，此为成本较低的实现方式。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述DCDC电路采用LM2596-5.0实现转换，所述LDO电路采用AMS1117-3.3实现转换。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述数据处理模块为STM32单片机，所述上位机通过RS485总线、MODBUS协议向RS485总线上的电阻负载装置发送命令数据报文；所述上位机与数据处理模块之间还设置有电平转换模块，所述电平转换模块为SP3485电平转换芯片；当电阻负载装置接收到RS485总线上的数据时，所述SP3485电平转换芯片将电平转换为UART电平发送给STM32单片机。

本实用新型在使用过程中，快速可编程电阻负载装置作为从机挂在RS485总线上，当总线上有数据时，MODBUS报文解析功能模块将根据由模块编码开关所设置的本机地址，功能号，寄存器个数，寄存器地址等数据判断该段报文是否发给本机，若为发给本机的数据，则进行解析，分拆出电阻值提供给数据修正模块，数据修正模块调用写入本实用新型的误差信息将修正后发送给电阻矩阵中各个继电器，完成电阻值的配置。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型在实现0.1Ω~10MΩ可调范围、1%精度的基础上，节省了元器件数量与IO口数量，具有较好的实用性；

（2）本实用新型由STM32F103单片机为核心，包括8421编码继电器电阻网络、RS485总线接口、MODBUS通信协议、高效率电源转换；本实用新型提供了一种基于RS485总线，使用MODBUS（RTU）协议实现通信的一种可变电阻装置，实现0.1Ω~10MΩ范围内以0.1Ω为步进的任意电阻值，阻值误差不超过总输出阻值的1%，具有较好的实用性；

（3）本实用新型提供了一种低成本的电阻型传感器模拟方案。本实用新型填补了目前市场上对于大可调范围，高精度，低成本的可编程电阻装置的缺口，对于压力传感器，温度传感器等传感器的模拟，具有重要应用价值。

附图说明

图1为本实用新型与上位机的连接原理框图；

图2为电阻网络结构原理图；

图3为每档位电阻网络结构示意图；

图4为本实用新型运行原理图；

图5为电源转换的原理图；

图6为电源转换的电路图；

图7为0.1Ω步进档位的电路图；

图8为1Ω步进档位的电路图；

图9为10Ω步进档位的电路图；

图10为100Ω步进档位的电路图；

图11为1kΩ步进档位的电路图；

图12为10kΩ步进档位的电路图；

图13为100kΩ步进档位的电路图；

图14为1MΩ步进档位的电路图。

具体实施方式

实施例1：

快速可编程电阻负载装置，如图1-图3所示，包括电阻网络，所述电阻网络包括依次串联的0.1Ω步进档位、1Ω步进档位、10Ω步进档位、100Ω步进档位、1kΩ步进档位、10kΩ步进档位、100kΩ步进档位、1MΩ步进档位的电阻网络，所述0.1Ω步进档位、1Ω步进档位、10Ω步进档位的电阻网络下设置有继电器，且通过继电器与输出端连接；如图7-图14所示，每个步进档位使用8421编码的阻值结构，且每个电阻均有对应的继电器控制其是否接入线路。

如图2、图3所示，电阻网络共由8组电阻网络组成，每一组电阻网络使用8421编码的阻值结构，每个电阻均有对应的继电器控制其是否接入线路。为了便于修正数据，本实用新型加入了一个0.1Ω步进的档位，用于修正阻值数据。同时针对小阻值的实现，本实用新型在0.1Ω步进档位、1Ω步进档位、10Ω步进档位下增设了一个继电器连接到输出端，以避免大步进档位短路继电器的电阻对输出电阻值的影响。使用以上方案，本实用新型在实现1Ω~10MΩ可调范围与1%精度的基础上，节省了元器件数量与IO口数量。

本实用新型是一种基于RS485总线，使用MODBUS（RTU）协议实现通信的一种可变电阻装置。该设备能实现0.1Ω~10MΩ范围内以0.1Ω为步进的任意电阻值，阻值误差不超过总输出阻值的1%，节省了元器件数量与IO口数量，具有较好的实用性。

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上进行优化，所述电阻负载装置作为从机挂在RS485总线上，并通过MODBUS协议与上位机通信；还包括数据处理模块、电源，所述数据处理模块通过RS485总线与上位机连接，所述数据处理模块与电阻网络连接，所述电源分别连接数据处理模块和电阻网络。

如图1所示，本实用新型作为从机挂在RS485总线上，通过MODBUS（RTU）协议实现与上位机的通信。其中电阻网络实现电阻值的配置，数据处理模块负责接收上位机发送过来的控制命令，然后按照命令指示，控制电阻网络中的继电器开闭，对外输出相应的电阻值。电源负责将外接9~24V电压转换成电阻网络与数据处理模块所需的5V和3.3V电压。

进一步地，所述数据处理模块为STM32单片机，所述上位机通过RS485总线、MODBUS协议向RS485总线上的电阻负载装置发送命令数据报文；所述上位机与数据处理模块之间还设置有电平转换模块，所述电平转换模块为SP3485电平转换芯片；当电阻负载装置接收到RS485总线上的数据时，所述SP3485电平转换芯片将电平转换为UART电平发送给STM32单片机。

本实用新型在使用过程中，如图4所示，快速可编程电阻负载装置作为从机挂在RS485总线上，当总线上有数据时，MODBUS报文解析功能模块将根据由模块编码开关所设置的本机地址，功能号，寄存器个数，寄存器地址等数据判断该段报文是否发给本机，若为发给本机的数据，则进行解析，分拆出电阻值提供给数据修正模块，数据修正模块调用写入本实用新型的误差信息将修正后发送给电阻矩阵中各个继电器，完成电阻值的配置。

本实用新型由STM32F103单片机为核心，包括8421编码继电器电阻网络、RS485总线接口、MODBUS通信协议、高效率电源转换；本实用新型提供了一种基于RS485总线，使用MODBUS（RTU）协议实现通信的一种可变电阻装置，实现0.1Ω~10MΩ范围内以0.1Ω为步进的任意电阻值，阻值误差不超过总输出阻值的1%，具有较好的实用性。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例是在实施例1或2的基础上进行优化，所述电源外接9~24V电压，首先通过DCDC电路转换为5V电压，以满足电阻网络所需，然后，转换后的5V电压通过LDO电路转换为3.3V电压，以满足数据处理模块所需。

进一步地，所述DCDC电路采用LM2596-5.0实现转换，所述LDO电路采用AMS1117-3.3实现转换。

本实用新型在使用过程中，如图5、图6所示，输入电压是直流DC9V~DC24V，系统需要DC5V和DC3.3V两种电压源，从有效降低电源消耗，提高电源使用效率，减少电源自身发热量，有效降低成本的角度考虑，本设计采用了2级转换的方式；第一级，DC9V~DC24V转换为DC5V，采用DCDC的转换方式，使用LM2596-5.0实现转换，3A的最大输出电流，可以很好满足继电器阵列的供电，总体效率可以达到80%以上；第二级，DC5V转换为3.3V，采用LDO的转换方式，使用AMS1117-3.3实现，效率66%，此为成本较低的实现方式。

本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

快速可编程电阻负载装置，如图1所示，包括电阻网络、数据处理模块和电源。本实用新型作为从机挂在RS485总线上，通过MODBUS（RTU）协议实现与上位机的通信。其中电阻网络实现电阻值的配置，数据处理模块负责接收上位机发送过来的控制命令，然后按照命令指示，控制电阻网络中的继电器开闭，对外输出相应的电阻值。电源负责将外接9~24V电压转换成电阻网络与数据处理模块所需的5V和3.3V电压。

进一步地，电阻网络共由8组电阻网络组成，每一组电阻网络使用8421编码的阻值结构，每个电阻均有对应的继电器控制其是否接入线路。为了便于修正数据，本模块加入了一个0.1Ω步进的档位，用于修正阻值数据。同时针对小阻值的实现，本模块在0.1Ω步进档位、1Ω步进档位、10Ω步进档位下增设了一个继电器连接到输出端，以避免大步进档位短路继电器的电阻对输出电阻值的影响。使用以上方案，本模块在实现1Ω~10MΩ可调范围与1%精度的基础上，节省了元器件数量与IO口数量。

如图4所示，快速可编程电阻负载装置作为从机挂在RS485总线上，当总线上有数据时，MODBUS报文解析功能模块将根据由模块编码开关所设置的本机地址，功能号，寄存器个数，寄存器地址等数据判断该段报文是否发给本机，若为发给本机的数据，则进行解析，分拆出电阻值提供给数据修正模块，数据修正模块调用写入本模块的误差信息将修正后发送给电阻矩阵中各个继电器，完成电阻值的配置。

进一步地，如图5、图6所示，输入电压是直流DC9V~DC24V，系统需要DC5V和DC3.3V两种电压源，从有效降低电源消耗，提高电源使用效率，减少电源自身发热量，有效降低成本的角度考虑，本设计采用了2级转换的方式；第一级，DC9V~DC24V转换为DC5V，采用DCDC的转换方式，使用LM2596-5.0实现转换，3A的最大输出电流，可以很好满足继电器阵列的供电，总体效率可以达到80%以上；第二级，DC5V转换为3.3V，采用LDO的转换方式，使用AMS1117-3.3实现，效率66%，此为成本较低的实现方式。

进一步地，本实用新型硬件实现的方案是：STM32F103处理器+SP3485收发器+LM2596降压模块+AMS1117-3.3降压芯片+G5NB继电器+0.1%精度电阻。

本实用新型实现原理是：上位机通过RS485总线，MODBUS（RTU）协议向总线上的从机发送命令数据报文，快速可编程电阻负载装置作为从机挂载在总线上，当接收到总线上数据时，由SP3485电平转换芯片将电平转换为UART电平发送给单片机，由单片机中数据处理模块将数据缓存进FIFO中，数据满足从机地址（由板上拨码开关设置）、功能号、寄存器地址，寄存器个数，数据位数与CRC校验等条件，则识别为发给本机的数据报文，数据处理模块将报文中数据位分拆出，发送给数据修正模块，数据修正模块根据本机存储的误差信息对电阻值进行修正，并控制继电器开闭实现指定电阻值的配置。

本实用新型由STM32F103单片机为核心，包括8421编码继电器电阻网络、RS485总线接口、MODBUS通信协议、高效率电源转换；本实用新型提供了一种基于RS485总线，使用MODBUS（RTU）协议实现通信的一种可变电阻装置，实现0.1Ω~10MΩ范围内以0.1Ω为步进的任意电阻值，阻值误差不超过总输出阻值的1%，具有较好的实用性。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.快速可编程电阻负载装置，其特征在于，包括电阻网络，所述电阻网络包括依次串联的0.1Ω步进档位、1Ω步进档位、10Ω步进档位、100Ω步进档位、1kΩ步进档位、10kΩ步进档位、100kΩ步进档位、1MΩ步进档位的电阻网络，所述0.1Ω步进档位、1Ω步进档位、10Ω步进档位的电阻网络下设置有继电器，且通过继电器与输出端连接；每个步进档位使用8421编码的阻值结构，且每个电阻均有对应的继电器控制其是否接入线路。

2.根据权利要求1所述的快速可编程电阻负载装置，其特征在于，所述电阻负载装置作为从机挂在RS485总线上，并通过MODBUS协议与上位机通信；还包括数据处理模块、电源，所述数据处理模块通过RS485总线与上位机连接，所述数据处理模块与电阻网络连接，所述电源分别连接数据处理模块和电阻网络。

3.根据权利要求2所述的快速可编程电阻负载装置，其特征在于，所述电源外接9~24V电压，首先通过DCDC电路转换为5V电压，以满足电阻网络所需，然后，转换后的5V电压通过LDO电路转换为3.3V电压，以满足数据处理模块所需。

4.根据权利要求3所述的快速可编程电阻负载装置，其特征在于，所述DCDC电路采用LM2596-5.0实现转换，所述LDO电路采用AMS1117-3.3实现转换。

5.根据权利要求2所述的快速可编程电阻负载装置，其特征在于，所述数据处理模块为STM32单片机，所述上位机通过RS485总线、MODBUS协议向RS485总线上的电阻负载装置发送命令数据报文；所述上位机与数据处理模块之间还设置有电平转换模块，所述电平转换模块为SP3485电平转换芯片；当电阻负载装置接收到RS485总线上的数据时，所述SP3485电平转换芯片将电平转换为UART电平发送给STM32单片机。

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