DIY编程器网

标题: 低电阻测量仪的软硬件设计 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-12 12:14
标题: 低电阻测量仪的软硬件设计
以最新的DZC-4型智能低电阻测量仪为例

　　1 总体方案和技术指标
　　如图1所示，该仪器由5个部分组成：电源供应、精密恒流源、精密电压放大器、A/D 转换器、单片机控制器。其主要技术指标如下：测试范围：0～20Ω0～200Ω0～2 k(三挡量程自动切换);最高分辨力：0.001;测试电流：0.5 mA;测试精度：±(0.2%+2);整机耗电：<30 mA 。
　　

　　2 硬件设计
　　(1)电源部分
　　整机采用6节5号镍氢电池供电(7.2 V)及通用DC/DC变换器，将电池电压转换成稳定的±5 V直流电压。该部分还有电池电压监测电路和充电电路，电池充满电可以供仪器连续使用约50小时。
　　(2)恒流源
　　由精密基准电压源和高性能运放组成，向被测电阻提供精确的测试电流。测试电流选为0.5mA。由于精密电流源部分是整个仪器安全性能的薄弱环节，必须考虑各种内部和外部的可能因素对仪器造成的损坏，从而影响安全性能。主要采取了以下措施：限制电流利用结型场效应管的恒流特性限制测试电流ITEST大小，一般取IDSS≈2*ITEST。为增加可靠性，采用两只场效应管串联。限制电压采用稳压二极管并联于测试端限压。
　　(3)精密放大器
　　由斩波稳零运放做测试信号的同相放大，因为A/D转换器的满量程电压为2 V，测试电流0.5mA，对应20，200，2K 三个量程的同相放大倍数为200，20，2。在负反馈回路接入两个由单片机控制的模拟电子开关SW1 、SW2，用于3个量程不同放大倍数的切换：当量程为20 偈保琒W1，SW2均关闭;为200 偈盨W1开启;2k 偈盨W1，SW2均开启。仪器校验时应从低量程开始，否则不能校准所有的量程。另外，Ri，R1，R2， R3应选用精密电阻和精密电位器，使温度的影响降至最低。
　　(4)A/D转换器
　　如图2所示，采用4 1/2位的ICL7135芯片，接成满量程为2 V的电压表的模式。ICL7135用5位BCD码的形式向单片机提供数据，并提供过量程(OV)和欠量程(UN)信号给单片机用于量程自动切换。ICL7135的时钟频率来自T5(CD4060)的Q5端，频率为1.25 kHz，正好是工频50Hz的整数倍，能提高仪器抗工频干扰的能力。A/D转换频率约为：3.3次/s。T5的COUT端还提供4MHz的时钟频率给单片机。

(5)单片机控制器
　　此部分的功能有：数据采集、处理、显示、量程切换、电压监控等。本机显示模块有两片74LS164分别用于LED数码管的位驱动和段驱动，共有5位数码显示，如图2所示。
　　单片机T2的25脚用于关闭显示模块的显示，以免数码管在数据传输过程中显示乱码。T2的 24脚是电池欠压检测输入，T2的23、22脚控制精密放大器的模拟电子开关，产生需要的放大倍数。
　　3 软件设计
　　本仪器最大特点是用软件实现自动调零和量程转换，省去故障率较高的电位器和量程切换开关。软件调零的方法是：开机后单片机进行自检，如果系统工作正常就读取A/D转换的结果。当连续读取5个A/D转换结果后，判断它们是否都小于0.2Ω,否则，就认为操作者没有将测试棒可靠短路，仪器继续显示调零提示符。如果连续5个值都小于0.2Ω,这时就找出其中最小值作为初始值，以后每次的测量结果都要减去初始值。
　　根据A/D转换芯片ICL7135的过量程和欠量程信号，由单片机自动进行量程切换。量程切换要完成3项工作：首先是切换精密放大器的放大倍率，再是调整初值的有效位数，最后是调整小数点的位置。PIC16C57单片机没有中断功能，采用查询的方法与A/D转换器通讯，利用A/D转换的间隙显示数据。PIC单片机与显示模块中的74LS164采用串行数据通讯，每次只显示1位数据，为防止显示发生闪烁，刷新率应大于30Hz 。程序流程如图3所示。
　　

　　4 结语
　　仪器与被测电阻采用4线制接线法，能消除接插件电阻的影响。此外，由于仪器分辨力很高，所以要求测试夹具进行镀银处理，这一点很重要，否则会造成测试结果漂移不定。仪器批量生产的测试结果表明：仪器的技术指标达到设计要求，能够满足生产、科研的需要。如果仪器稍加改进，可以当作高灵敏的直流电压表和电流表使用。

欢迎光临 DIY编程器网 (http://diybcq.com/)