基于单片机的智能低电阻测量仪

基于单片机的智能低电阻测量仪低电阻测量仪按其测试电流的大小可分为两类一类测试电流较大，主要用于接插件、开关、导体等产品的直流低电阻的测量另一类测试电流很小一般为1MA左右，用于电雷管、点火具或其他危险易爆场合的接插件、开关等元器件的直流低电阻的测量。低电阻测量仪对安全性能要求很高，必须增加多种保护电路在PCB板设计布线时也要考虑安全性和可靠性。1989年至今，我们不断改进和完善电路设计，设计生产了4个型号的低电阻测量仪，以下是最新的DZC4型智能低电阻测量仪。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020020002K三挡量程自动切换最高分辨力0001测试电流05MA测试精度022整机耗电30MA。2硬件设计1电源部分整机采用6节5号镍氢电池供电72V及通用DC/DC变换器，将电池电压转换成稳定的5V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05MA。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IDSS2ITEST。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2V，测试电流05MA，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。4A/D转换器如图2所示，采用41/2位的ICL7135芯片，接成满量程为2V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T5CD4060的Q5端，频率为125KHZ，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33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02,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02,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，