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專利名稱：智能數(shù)字化電位比電阻測(cè)量?jī)x及其工作流程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電阻測(cè)量?jī)x，尤其涉及一種智能數(shù)字化電位比電阻測(cè)量?jī)x及 其工作流程。
背景技術(shù)：
電阻的測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)電阻的量值傳遞(計(jì)量)是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性技術(shù)工作， 在我國(guó)已形成了一個(gè)完整的測(cè)量和量值傳遞體系。隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的 發(fā)展，體系中原有的電阻測(cè)量?jī)x器已進(jìn)入更新?lián)Q代期，市場(chǎng)需求的是高性能的電 阻測(cè)量?jī)x。
現(xiàn)有電阻測(cè)量的儀器和方法有
1、 傳統(tǒng)的用于一般電阻測(cè)量的儀器為電阻電橋，其主體結(jié)構(gòu)由多個(gè)十進(jìn)電 阻盤和指零儀等組成，十進(jìn)電阻盤由鍍銀的十進(jìn)開關(guān)和精密錳銅合金電阻組成。 測(cè)量時(shí)需手工調(diào)節(jié)、計(jì)算而得到測(cè)量結(jié)果，工作效率低，測(cè)量方法限制了其測(cè)量 準(zhǔn)確度，制造時(shí)耗費(fèi)銀、銅資源成本高。
2、 用于標(biāo)準(zhǔn)電阻量值傳遞(計(jì)量)的是電流比較儀電橋，其測(cè)量方法為電
阻比比較法，通過比較儀分別測(cè)得被測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)電阻的測(cè)量值R&和Rs,，然后按 公式Rf (RXl/ RSl) XRs計(jì)算得到被測(cè)電阻的值。電流比較儀電橋的主體結(jié)構(gòu) 由高性能磁性材料、幾十個(gè)十進(jìn)開關(guān)調(diào)節(jié)感應(yīng)線圏、光電放大指零儀等組成。體 積龐大，手工操作繁鎖，效率低，制造工藝復(fù)雜，制造、維護(hù)的成本高。
3、 數(shù)字式電阻測(cè)試儀采用的直流壓降法，使用方便、顯示直觀。但此方法 的測(cè)量結(jié)果中包含了測(cè)試電流的誤差。
4、 數(shù)字電壓表法用于電阻的量值傳遞(計(jì)量)的方法為模擬電位比比較法， 因?yàn)閿?shù)字式直流電壓表(DVM)測(cè)量模擬電壓的水平高，用DVM對(duì)被測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)電 阻上的電位分別進(jìn)行測(cè)量，得到Ux和Us的值，然后按Rf (Ux/Us) XRs計(jì)算出Rx的值。因?yàn)閷?duì)Ux和Us的測(cè)量不是同時(shí)進(jìn)行的，測(cè)量電路中的電流誤差和 漂移直接影響測(cè)量結(jié)果，因此此方法的測(cè)量準(zhǔn)確度受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于利用單片機(jī)技術(shù)，克服電阻電橋、比較儀電橋、數(shù)字式 電阻測(cè)試儀等存在的方法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)問題，提供一種智能數(shù)字化電位比電阻測(cè) 量?jī)x及其工作流程，將電阻比比較法、電位比比較法等創(chuàng)新為數(shù)字化電位比比較
法，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和準(zhǔn)確可靠的測(cè)量。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
測(cè)量方法為數(shù)字化電位比比較法雙單片機(jī)同步控制被測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)電位信號(hào)的 采樣、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)，自動(dòng)計(jì)算數(shù)字信號(hào)電位比和測(cè)量結(jié)果，消除了測(cè)試電流誤差 和漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
將被測(cè)電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)連接，測(cè)量時(shí)流過同一測(cè)試電流，被測(cè)電阻和標(biāo) 準(zhǔn)電阻上的模擬電位分別為Ux和Us。信號(hào)UX接入由第一放大器、第一模/數(shù)轉(zhuǎn) 換器和第一單片機(jī)組成的信號(hào)處理通道；信號(hào)US接入由第二放大器、第二模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二單片機(jī)組成的信號(hào)處理通道。第一、二單片機(jī)接受同一鍵入指令， 執(zhí)行同步控制程序，使兩個(gè)通道同時(shí)對(duì)Ux、 US信號(hào)進(jìn)行采樣、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)。第
一單片機(jī)再執(zhí)行數(shù)據(jù)處理程序，從第一、二單片機(jī)中調(diào)出存儲(chǔ)單元中存入的Ux、 Us對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)和預(yù)先存入的已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)，按公式Rx= (Ux/Us) XRs，自動(dòng)計(jì)算出數(shù)字化電位比和標(biāo)準(zhǔn)電阻對(duì)應(yīng)二進(jìn)字?jǐn)?shù)的乘積，從 而得到被測(cè)電阻的值。被測(cè)電阻的測(cè)量值由顯示器實(shí)時(shí)顯示。
通過執(zhí)行同步控制和數(shù)據(jù)處理程序，將模擬電位比改變?yōu)閿?shù)字化電位比，消 除了測(cè)試電流誤差和漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，使儀器的誤差僅取決于標(biāo)準(zhǔn)電阻的 誤差，從而提高了測(cè)量準(zhǔn)確度。通過校準(zhǔn)，對(duì)放大器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的誤差，可 由軟件對(duì)其進(jìn)行修正。
智能數(shù)字化電位比電阻測(cè)試儀人機(jī)界面提供視覺中文提示字符，采用一鍵多 義功能設(shè)計(jì)，按鍵鍵入指令操作，簡(jiǎn)單快捷。主程序、定時(shí)中斷程序、串行中斷 程序采用模塊化設(shè)計(jì)，用C語言編程，在規(guī)劃的系統(tǒng)軟件支持下，使儀器具有測(cè) 量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、査詢、下載、遠(yuǎn)傳、遠(yuǎn)程管理等功能，實(shí)現(xiàn)高性能智能化。
4具體地說，智能數(shù)字化電位比電阻測(cè)量?jī)x包括恒流源，被測(cè)電阻，標(biāo)準(zhǔn)電阻， 第一、二信號(hào)放大器，第一、二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，第一、二單片機(jī)，顯示器，功能 鍵，Rs-232接口和USB接口；
被測(cè)電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)后接入恒流源；
第一信號(hào)放大器和被測(cè)電阻并聯(lián)，第一信號(hào)放大器、第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和第
一單片機(jī)依次連接，第一單片機(jī)分別與顯示器、功能鍵連接；
第二信號(hào)放大器和標(biāo)準(zhǔn)電阻并聯(lián)，第二信號(hào)放大器、第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和第
二單片機(jī)依次連接，第二單片機(jī)分別與Rs-232接口、 USB接口連接。 第一單片機(jī)和第二單片機(jī)相互連接。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果 ① 智能數(shù)字化電位比電阻測(cè)量?jī)x及其方法，代表了電阻測(cè)試儀的發(fā)展方向。 選擇不同位數(shù)的ADC可以開發(fā)出不同測(cè)量范圍、分辨力和準(zhǔn)確度等級(jí)的產(chǎn)品，全 面滿足電阻測(cè)量和計(jì)量領(lǐng)域的技術(shù)要求。
② 儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)含量高、功能強(qiáng)大，具有很高的性能價(jià)格比，是市場(chǎng) 需要的理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。可廣泛應(yīng)用于省、部、行業(yè)、企業(yè)各級(jí)計(jì)量、質(zhì)檢
實(shí)驗(yàn)室，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。
③ 利用單片機(jī)及電子元器件資源，改變了傳統(tǒng)和一般電阻測(cè)量?jī)x的原理和結(jié)
構(gòu)，節(jié)省了大量的銀、銅、磁性材料等貴重金屬材料，節(jié)省了資源、能源，有利 于環(huán)境保護(hù)。
廣泛應(yīng)用于計(jì)量、質(zhì)檢領(lǐng)域。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖2. 1是本發(fā)明的主程序流程圖2. 2是本發(fā)明的定時(shí)中斷程序流程圖2. 3是本發(fā)明的串行中斷子程序流程圖。
其中
A—恒流源； I一測(cè)試電流；Rx、 Rs—被測(cè)、標(biāo)準(zhǔn)電阻； Ux、 Us—第一、二模擬電位； Bl、 B2—第一、二信號(hào)放大器； ADC1、 ADC2—第一、二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器； CPU1、 CPU2—第一、二單片機(jī)；
X—顯不器； G—功能鍵； J—Rs-232接口； Z—USB接口。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明 一、智能數(shù)字化電位比電阻測(cè)量?jī)x
1、 結(jié)構(gòu)
智能數(shù)字化電位比電阻測(cè)量?jī)x包括恒流源A，被測(cè)、標(biāo)準(zhǔn)電阻Rx、 Rs，第一、 二信號(hào)放大器B1、 B2，第一、二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl、 ADC2，第一、二單片機(jī)CPU1、 CPU2，顯示器X，功能鍵G， Rs-232接口 J和USB接口 Z;
被測(cè)電阻Rx和標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs串聯(lián)后接入恒流源A;
第一信號(hào)放大器Bl和被測(cè)電阻Rx并聯(lián)，第一信號(hào)放大器B1、第一模/數(shù)轉(zhuǎn) 換器ADC1和第一單片機(jī)CPU1依次連接，第一單片機(jī)CPU1分別與顯示器X、功 能鍵G連接；
第二信號(hào)放大器B2和標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs并聯(lián)，第二信號(hào)放大器B2、第二模/數(shù)轉(zhuǎn) 換器ADC2和第二單片機(jī)CPU2依次連接，第二單片機(jī)CPU2分別與Rs-232接口 J、 USB接口 Z連接；
第一單片機(jī)CPUl和第二單片機(jī)CPU2相互連接。
2、 功能塊 *恒流源A
恒流源A是一種提供測(cè)試電流I (0-100A)的電流源。 *被測(cè)電阻Rx、標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs是一種專用的、電阻值已知的由國(guó)家計(jì)量部門提供的電阻器。 *第一、二信號(hào)放大器B1、 B2
第一、二信號(hào)放大器B1、 B2是一種常用的模擬信號(hào)放大器。 *第一、二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl、 ADC2
第一、二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl、 ADC2是一種高位數(shù)模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器。 *第一、二單片機(jī)CPU1、 CPU2
第一、二單片機(jī)CPU1、 CPU2是一種44腳的高性能專用單片機(jī)。 *顯示器X
顯示器X為常用器件，是中文字符的點(diǎn)陣LCD顯示器，顯示測(cè)量結(jié)果。 *功能鍵G
功能鍵G為常用器件，鍵入指令。
* Rs-232接口 J
Rs-232接口 J為常用器件，是串行通信電平轉(zhuǎn)換電路接口。
* USB接口 Z;
USB接口Z為常用器件，是通用串行總線接口。 3、制作方法
智能數(shù)字化電位比電阻測(cè)量?jī)x整體結(jié)構(gòu)由印刷電路板、儀器面板和機(jī)箱組 成；具體地說，包括如下步驟
① 將電路結(jié)構(gòu)圖結(jié)合各種芯片、元器件的尺寸設(shè)計(jì)成電路板圖，將電路板圖
加工成印刷電路板；
② 將所有芯片、器件對(duì)號(hào)入座插入印刷電路板中，并將其焊接好。 (D將焊接好的印刷電路板、恒流源、電源變壓器安裝在機(jī)箱的底板上。
④ 將顯示器、功能鍵、被測(cè)電阻Rx的電流電位接線柱、標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs的電流 電位接線柱、Rs-232接口 J和USB接口 Z安裝在儀器面板規(guī)定位置上；
⑤ 用專用接插件將面板上的顯示器X、功能鍵G、 Rs-232接口 J和USB接口 Z與電路板上對(duì)應(yīng)的芯片的接口進(jìn)行電氣連接；
⑥ 用專用導(dǎo)線將面板上被測(cè)電阻Rx、標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs的電流接線柱串聯(lián)連接， 另二個(gè)接線柱與機(jī)箱內(nèi)的恒流源A輸出端相連。電位接線柱與電路板上第一、二 模擬電位Ux、 Us輸入端相連；
7⑦ 完成上述連接后，將面板固定在機(jī)箱上，完成了整機(jī)的組裝；
⑧ 用專用通信電纜將整機(jī)面板上的Rs-232接口 J與外部計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)的接口 相連，開機(jī)后將外部計(jì)算機(jī)編制好的主程序、定時(shí)中斷程序、串行中斷子程序向 機(jī)內(nèi)第一單片機(jī)CPU1灌制；
⑨ 功能鍵G根據(jù)顯示器X上的中文提示鍵入指令，第一、二單片機(jī)CPU1、 CPU2執(zhí)行各功能對(duì)應(yīng)的程序；經(jīng)調(diào)試、校準(zhǔn)使儀器進(jìn)入正常工作狀態(tài)，完成所
設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)和各項(xiàng)功能。
二、智能數(shù)字化電位比電阻測(cè)量?jī)x的工作流程
智能數(shù)字化電位比電阻測(cè)量?jī)x的工作流程包括主程序流程、定時(shí)中斷程序流 程和串行中斷子程序流程。
1、 主程序流程
主程序流程完成自檢和初如化后進(jìn)入休眠狀態(tài)，系統(tǒng)所有工作均在各種中斷 子程序中完成。
如圖2. 1，主程序流程包括上電Ol，自檢02，初始化03和休眠04。
主程序流程的C語言模塊化設(shè)計(jì)是
ORG 0030H MAIN:CLR LA ;關(guān)中斷
MOV SP，恥7H;設(shè)置系統(tǒng)堆棧
LCALL TEST ;自檢 在此插入初始化模塊
SETB EA ;開中斷
LOOP:0RL PCON， #1 ;進(jìn)入休眠狀態(tài)
LJMP LOOP ;無限循環(huán)。
2、 定時(shí)中斷程序流程
定時(shí)中斷程序流程是根據(jù)定時(shí)間隔，每次定時(shí)中斷依次調(diào)用各種模塊，實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)預(yù)定為能。
如圖2.2，定時(shí)中斷程序流程包括開始05，時(shí)鐘模塊06，信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊07， 數(shù)據(jù)處理模塊08，監(jiān)控模塊09，顯示模塊IO，信號(hào)存取模塊ll和中斷訪問12。 定時(shí)中斷程序流程的C語言模塊化設(shè)計(jì)是重裝初始化時(shí)間常數(shù)
DINS:MOV ■， #86H 在此插入時(shí)鐘模塊 LCALL ZLXX LCALL SJCL LCALL JKMK LCALL DISP 在此插入信號(hào)存取模塊 RETI
3、串行中斷子程序流程
串行中斷子程序流程是通信模塊在此子程序中實(shí)現(xiàn)。
如圖2.3,串行中斷子程序流程包括開始13,通信模塊14和中斷訪問15。 串行中斷子程序流程的C語言模塊化設(shè)計(jì)是 SSS: RETI ;實(shí)現(xiàn)通信功能。
信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊 數(shù)據(jù)處理模塊 監(jiān)控模塊 顯示模塊
定時(shí)中斷結(jié)束。
權(quán)利要求
1、一種智能數(shù)字化電位比電阻測(cè)量?jī)x，其特征在于包括恒流源(A)，被測(cè)、標(biāo)準(zhǔn)電阻(Rx、Rs)，第一、二信號(hào)放大器(B1、B2)，第一、二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC1、ADC2)，第一、二單片機(jī)(CPU1、CPU2)，顯示器(X)，功能鍵(G)，Rs-232接口(J)和USB接口(Z)；被測(cè)電阻(Rx)和標(biāo)準(zhǔn)電阻(Rs)串聯(lián)后接入恒流源(A)；第一信號(hào)放大器(B1)和被測(cè)電阻(Rx)并聯(lián)，第一信號(hào)放大器(B1)、第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC1)和第一單片機(jī)(CPU1)依次連接，第一單片機(jī)(CPU1)分別與顯示器(X)、功能鍵(G)連接；第二信號(hào)放大器(B2)和標(biāo)準(zhǔn)電阻(Rs)并聯(lián)，第二信號(hào)放大器(B2)、第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC2)和第二單片機(jī)(CPU2)依次連接，第二單片機(jī)(CPU2)分別與Rs-232接口(J)、USB接口(Z)連接；第一單片機(jī)(CPU1)和第二單片機(jī)(CPU2)相互連接。
2、 按權(quán)利要求1所述的一種智能數(shù)字化電位比電阻測(cè)量?jī)x的工作流程，其 特征在于包括主程序流程、定時(shí)中斷程序流程和串行中斷子程序流程； 主程序流程包括上電(01)，自檢(02)，初始化(03)和休眠(04)。 定時(shí)中斷程序流程包括開始(05)，時(shí)鐘模塊(06)，信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊(07)，數(shù)據(jù)處理模塊(08)，監(jiān)控模塊(09)，顯示模塊(10)，信號(hào)存取模塊(11)和中斷訪問(12)。串行中斷子程序流程包括開始(13)，通信模塊(14)和中斷訪問(15)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能數(shù)字化電位比電阻測(cè)量?jī)x及其工作流程，涉及一種電阻測(cè)量?jī)x。電阻測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)是被測(cè)電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)后接入恒流源；第一信號(hào)放大器和被測(cè)電阻并聯(lián)，第一信號(hào)放大器、第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和第一單片機(jī)依次連接，第一單片機(jī)分別與顯示器、功能鍵連接；第二信號(hào)放大器和標(biāo)準(zhǔn)電阻并聯(lián)，第二信號(hào)放大器、第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二單片機(jī)依次連接，第二單片機(jī)分別與Rs-232接口、USB接口連接；第一單片機(jī)和第二單片機(jī)相互連接。本發(fā)明代表了電阻測(cè)試儀的發(fā)展方向；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大，是市場(chǎng)更新?lián)Q代產(chǎn)品；有利于環(huán)境保護(hù)；廣泛應(yīng)用于計(jì)量、質(zhì)檢領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01R27/14GK101526567SQ20091006154
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者輝 曹, 曹作群, 曾鑒三, 肖紅清, 鄭漢鵬, 俊 陳 申請(qǐng)人:武漢市佳信現(xiàn)代儀器有限公司