智能萬用安伏表的制作方法
【專利摘要】一種智能萬用安伏表，它屬于先進(jìn)制造【技術(shù)領(lǐng)域】，將公知的20種全系列電壓、電流表集成為一只萬用面板表。正中四位數(shù)碼管顯示測量結(jié)果；左邊5只紅色指示燈指示5個(gè)電壓檔；右邊5個(gè)黃色指示燈指示5個(gè)電流檔；AC指示燈的亮滅區(qū)分交直流；設(shè)復(fù)位鍵R、確定鍵Y、電壓鍵V和電流鍵A；通過按鍵設(shè)置的檔位，非重置不會改變。實(shí)現(xiàn)一表多能、廣域測量的目標(biāo)。儀表背面設(shè)有COM、V/A、10A三個(gè)端口和22OV電源輸入端口。0.4A以上電流從10A端口輸入，其余全部從V/A端口輸入。儀表由單片機(jī)和交直流轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模擬開關(guān)及顯示驅(qū)動(dòng)芯片組成。在顯示測量結(jié)果的同時(shí)，數(shù)據(jù)還被傳送給上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)融合。摘要附圖正面圖，LAC和LA5指示燈亮，儀表工作在交流10安檔。
【專利說明】智能萬用安伏表

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能萬用電工面板儀表，具體地說，涉及一種用一只表代替全系列電壓表和全系列電流表的新概念智能面板儀表及其實(shí)現(xiàn)方法。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]電工測量中最常用的是電壓表和電流表。公知的三位半數(shù)字面板表系列包括:直流電壓表 200MV、2V、20V、200V、500V ;交流電壓表 200MV、2V、20V、200V、500V ;直流電流表200uA、2MA、20MA、200MA、5A ;交流電流表 200uA、2MA、20MA、200MA、5A 共 20 種不同種類和規(guī)格。這種狀況不僅使生產(chǎn)、銷售、采購、儲存、使用等多個(gè)環(huán)節(jié)非常麻煩，而且?guī)资N不同的儀表要實(shí)現(xiàn)與數(shù)字技術(shù)接軌，很難找到可行方案。這一世界難題已經(jīng)困擾科技界幾十年之久。公知的電壓、電流表仍是幾十年來的老面孔，只能肉眼讀數(shù)。
[0004]本發(fā)明提供一個(gè)獨(dú)創(chuàng)方案，將公知所有常用電壓、電流表實(shí)現(xiàn)一體化和智能化，實(shí)現(xiàn)如“863計(jì)劃”所述“多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)集成、存儲、處理及可視化技術(shù)”。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]“863計(jì)劃”的“先進(jìn)制造【技術(shù)領(lǐng)域】”中，在“智能制造”的2.6.1節(jié)提出:“突破傳統(tǒng)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)，針對工業(yè)需求，面向廣域測控，實(shí)現(xiàn)底層物聯(lián)網(wǎng)到互聯(lián)網(wǎng)無縫融合和集成?！?br> 按照“863計(jì)劃”的要求，本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大、集成度高而且?guī)?shù)據(jù)通訊功能的智能萬用安伏表。
[0006]本發(fā)明米用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種智能萬用安伏表，其包括:與輸入電壓相連的電壓連接器和輸入電流相連的電流連接器；通過高輸入阻抗電路、電流采樣電阻分別與電壓連接器及電流連接器相連的模擬開關(guān)電路；用于控制選通模擬開關(guān)電路的輸入端來獲取待測電壓或電流信息的單片機(jī)，該單片機(jī)的數(shù)據(jù)線與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連；用于測量交流電壓的交流/直流轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器輸入端與模擬開關(guān)相連，輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連；以并聯(lián)方式相連的四只繼電器，其輸入端與V/A(電壓電流)端口相連，其輸出端與模擬開關(guān)和取樣電阻相連；與單片機(jī)相連的顯示電路及通訊接口。
[0007]其中，電阻RI阻值為10M，以提高輸入阻抗；其輸入端接V/A(電壓電流)端口，輸出端接模擬開關(guān)的公共端；電阻RU R2、R3、R4的阻值依次為1.11M、101K、10K、1K，其與RI組成的分壓電路分壓比依次為1/10，1/100, 1/1000, 1/10000。單片機(jī)輸入模擬開關(guān)不同地址碼時(shí)，便依次設(shè)定400MV[基本檔，不分壓]和4V、40V、400v、1000V的測量檔位。
[0008]其中，電流取樣電阻R5、R6、R7、R8的阻值依次為1Κ，100Ω，10Ω，1Ω。此四只電阻的公共端入地，信號端依次與繼電器Jl、J2、J3、J4的輸出端相連后，再與模擬開關(guān)的端口 Κ5、Κ6、Κ7、Κ8相連。當(dāng)單片機(jī)輸入不同的地址碼時(shí)，模擬開關(guān)便設(shè)定400uA、4MA、40MA、400MA的電流檔位。此時(shí)繼電器也同時(shí)被對應(yīng)選通其中的一只處于接通狀態(tài)。400MA — 1A的電流不經(jīng)過繼電器，而是從1A端口直接進(jìn)入0.01歐電阻。交/直流轉(zhuǎn)換器接在模擬開關(guān)A的公共端與模擬開關(guān)B之間，當(dāng)輸入信號為交流時(shí)，此轉(zhuǎn)換器會進(jìn)行交/直流轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的直流電壓信號經(jīng)模擬開關(guān)B進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器；直流信號從模擬開關(guān)A公共端直接經(jīng)模擬開關(guān)B送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過轉(zhuǎn)換的數(shù)字量送給單片機(jī)；其中，通訊接口為USB接口；其中，四位LED數(shù)碼管組成顯示電路板，用來顯示測量結(jié)果；其中，ICl和IC2是兩只8位寄存器芯片，單片機(jī)通過該芯片分別點(diǎn)亮電壓和電流檔的相應(yīng)指示燈；最終，單片機(jī)將轉(zhuǎn)換結(jié)果送給顯示板顯示，隨后又將數(shù)據(jù)通過USB傳送給上位機(jī)。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下有益效果:
1、破解難題“863計(jì)劃”的“先進(jìn)制造【技術(shù)領(lǐng)域】”，“智能制造”一節(jié)的2.6.1項(xiàng)，內(nèi)容是:“突破傳統(tǒng)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)，針對工業(yè)需求，面向廣域測控，實(shí)現(xiàn)底層物聯(lián)網(wǎng)到互聯(lián)網(wǎng)無縫融合和集成?！北景l(fā)明與該項(xiàng)目要求完全吻合，從而圓滿的解決了這一科技難題。
[0010]2、應(yīng)用廣泛本發(fā)明不僅適用于電工【技術(shù)領(lǐng)域】，而且適用于科教、機(jī)電、自動(dòng)控制等各個(gè)方面，是應(yīng)用領(lǐng)域的全覆蓋。
[0011]3、高度集成原本分為二十個(gè)規(guī)格的產(chǎn)品，而今合并為一個(gè)一體化儀表，解決了“863計(jì)劃”提出的“多源、異構(gòu)”模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換難題。
[0012]4、結(jié)構(gòu)簡單功能強(qiáng)大的萬用儀表，只有三個(gè)輸入端口和四只按鍵。一旦檔位選定，運(yùn)行中無操作，按鍵也不使用，全智能化運(yùn)行。
[0013]5、安裝方便標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)殼，簡潔的外部結(jié)構(gòu)，可以非常簡便的安裝于主機(jī)的任何部位。
[0014]6、智能防護(hù)除常規(guī)保護(hù)外，增加智能保護(hù)功能:電壓過量程后自動(dòng)進(jìn)入高一檔；電流過量程繼電器斷開，置于電壓檔；測量值超過最大值(電壓超過ΙΟΟΟν，電流超過10A)儀表報(bào)警。完善的防護(hù)確保儀表安全運(yùn)行。
[0015]7、智能提示一般智能產(chǎn)品設(shè)置、調(diào)整步驟復(fù)雜，影響推廣；本產(chǎn)品按提示操作，一學(xué)就會，推廣容易。
[0016]8、促進(jìn)智能制造公知的電工儀表無數(shù)字信號輸出，智能產(chǎn)品研發(fā)因此大受制約；本發(fā)明使電工儀表與數(shù)字技術(shù)接軌，從而大大促進(jìn)智能制造業(yè)的發(fā)展。
[0017]9、高性價(jià)比原本二十塊表的功能，由一塊表圓滿代替，生產(chǎn)、銷售、存儲、使用都大為簡化，綜合經(jīng)濟(jì)效益很高。
[0018]10、支持物聯(lián)網(wǎng)電工測量無處不在，將“多源、異構(gòu)”的分立式儀表，升級為一體化標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字源，通過USB 口可以完美地與物聯(lián)網(wǎng)融合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖15是電路原理圖
[0020]圖1-14是本發(fā)明的兩個(gè)設(shè)置舉例。
[0021]圖16是本發(fā)明的測量流程圖。
[0022]具體實(shí)現(xiàn)方式
智能萬用安伏表有三個(gè)輸入端口，即COM、V/A和10A。待測電信號的交流接地端或直流負(fù)端都從COM端輸入，400MA — 1A電流信號從1A端口輸入，其余電流、電壓信號都從V/A端口輸入。
[0023]從V/A端口輸入的電壓信號，經(jīng)電阻RI (1M)與模擬開關(guān)A的公共端相連，電流信號與四只并聯(lián)繼電器Jl一J4的輸入端相連，大電流(400MA — 10A)直接經(jīng)1A端口與電阻R9 (0.01Ω)相連。
[0024]單片機(jī)的三個(gè)端口與模擬開關(guān)的三根地址線相連，用以控制K1-K8的選通，K1-K8的檔位布局見附圖15。經(jīng)過設(shè)定操作，單片機(jī)只選通4V、40V、400V、1000V和400uA、4MA、40MA、400MA中的一檔；400MV電壓檔時(shí)模擬開關(guān)全關(guān)閉，信號經(jīng)RI直通儀表內(nèi)部；10A電流檔時(shí)，取樣電阻R9上端與模擬開關(guān)K6相連，儀表實(shí)際工作在40MA檔，測量數(shù)據(jù)相同，由單片機(jī)指出當(dāng)前量程(1A)。這樣，就有了 5個(gè)直流電壓檔和5個(gè)直流電流檔，共計(jì)10個(gè)直流檔。
[0025]儀表若設(shè)定為直流，模擬開關(guān)B直接將信號送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器；儀表若設(shè)定為交流，則指示燈AC亮，模擬開關(guān)B接通AC/DC交直流轉(zhuǎn)換器，將交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號后再進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器。這樣，便形成交直兩用共計(jì)20個(gè)電流、電壓檔。
[0026]經(jīng)儀表輸入端口輸入的電信號，按單片機(jī)設(shè)定的檔位，將模擬量輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后，得到的數(shù)據(jù)由單片機(jī)發(fā)送給4位LED顯示器，同時(shí)又將數(shù)據(jù)經(jīng)USB 口傳送給上位機(jī)。
[0027]智能安伏表采用42*90*100mm的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼，儀表正面是4位0.56英寸數(shù)碼管，兩邊各垂直排列5只LED指示燈，電壓為紅色，電流為黃色。分別對應(yīng)400MV、4V、40V、400V、1000￥和4001^、4嫩、40嫩、400嫩、1(^。左下角有紅色交流指示燈AC。右下方是R、Y、V、A四個(gè)按鍵。布局見摘要附圖。
設(shè)定檔位時(shí)，可同時(shí)按下R鍵和Y鍵，然后先松開R鍵，后松開Y鍵，儀表顯示？ -UA，表示儀表在詢問:是選擇電壓檔？還是電流檔？(點(diǎn)擊V鍵選電壓檔，點(diǎn)擊A鍵選電流檔)。點(diǎn)擊V鍵，選電壓檔。儀表顯示U-dc，表示確認(rèn)直流電壓檔。再點(diǎn)擊V鍵，AC-dC交替變換。當(dāng)出現(xiàn)dC時(shí)點(diǎn)擊Y鍵，指示燈LI亮，數(shù)碼管顯示U-OI，表示儀表進(jìn)入直流電壓01檔。連續(xù)點(diǎn)擊V鍵，檔位在01-05之間變化，紅色指示燈同步上移點(diǎn)亮。若要選擇U4檔(400V)，當(dāng)顯示U-04且400V指示燈亮?xí)r，點(diǎn)擊Y鍵,檔位被確認(rèn)，隨后儀表顯示AddO,表示進(jìn)入選擇地址檔。連續(xù)點(diǎn)擊V鍵，Add末位依次在O、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F間變化，表示本儀表的地址值。此地址值在多只儀表與上位機(jī)通訊時(shí)，將不同儀表的數(shù)據(jù)區(qū)分開來；(單只儀表使用，可不選擇地址值。)地址確定后，點(diǎn)擊Y鍵，儀表顯示全0，指示燈AC滅，L4亮，表示設(shè)定儀表工作在直流400V檔。此時(shí)有關(guān)狀態(tài)值被存儲。下次開機(jī)，儀表直接進(jìn)入直流400V檔工作。全過程圖示見圖1-7。
[0028]同理，選擇交流電流檔的操作，只需將點(diǎn)擊V鍵改為點(diǎn)擊A鍵即可。選擇1A電流檔時(shí)，信號輸入改接1A端口。交流電流1A檔的選檔過程圖示見圖8-14。
[0029]以上描述僅為本發(fā)明的一個(gè)典型應(yīng)用實(shí)例。并不用來限制本發(fā)明。在產(chǎn)品化過程中，根據(jù)本發(fā)明的原理和原則所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0030]以下為直流400V檔設(shè)置說明:
圖1、同時(shí)按下R和Y鍵，先松R鍵，再松Y鍵。儀表顯示？ -UA，問設(shè)置U(電壓)檔，還是A (電流)檔。
圖2、點(diǎn)擊V鍵，選電壓檔，儀表顯示U-dC，表示進(jìn)入直流電壓檔。 圖3、連續(xù)點(diǎn)擊V鍵，儀表交替顯示U-AC和U-dC，在顯示U-dC時(shí)，點(diǎn)擊Y鍵，選擇直流電壓檔。儀表進(jìn)入直流電壓I檔，400MV指示燈亮。
圖4、儀表在直流電壓I檔，試點(diǎn)擊V鍵，檔位在01-05間變化，指示燈同步上移。到達(dá)400V檔，顯示U-04時(shí)，點(diǎn)擊Y鍵。
圖5、儀表顯示AddO，400V指示燈亮，表示電壓檔已確定，進(jìn)入選擇地址檔。點(diǎn)擊V鍵，末位在O-F間變化，共有16個(gè)地址，出現(xiàn)Add3時(shí)，點(diǎn)擊Y鍵。
圖6、儀表顯示全0，表示儀表工作在直流電壓400V檔，儀表代碼N03，設(shè)置數(shù)據(jù)已存儲，儀表待機(jī)。
圖7、儀表測量值為直流180.5V的狀態(tài)。
[0031]以下為設(shè)定交流1A檔的設(shè)置說明:
圖8、同時(shí)按下R和Y鍵，先松R鍵，再松Y鍵，儀表顯示？ -UA，問設(shè)置U(電壓)檔還是A (電流)檔。
圖9、點(diǎn)擊A鍵，選擇電流檔，儀表顯示A- dC.表示進(jìn)入直流電流檔。
圖10、連續(xù)點(diǎn)擊A鍵，儀表交替顯示A-dC和A-AC。在顯示A-AC時(shí)，點(diǎn)擊Y鍵，選擇交流電流檔。
圖11、儀表進(jìn)入交流電流01檔，交流指示燈AC亮，400uA指示燈亮，連續(xù)點(diǎn)擊A鍵，檔位在01-05間變化，指示燈同步上移，到達(dá)1A檔時(shí)，顯示A-05，點(diǎn)擊Y鍵。
圖12、儀表顯示AddO，表示電流檔已確認(rèn)，進(jìn)入地址選擇檔。點(diǎn)擊A鍵，末位在O-F間變化，在顯示Add4時(shí)，點(diǎn)擊Y鍵。
圖13、儀表顯示全0，表示儀表工作在交流電流1A檔，儀表代碼N04，數(shù)據(jù)已存儲，儀表待機(jī)。
圖14、電流從1A端口和COM端口輸入，測量交流電流為5.84A的狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種智能安伏表，其特征在于，所有輸入電壓和毫安級電流公用的電壓電流連接器，安培級專用的電流連接器；通過高輸入阻抗電路、電流取樣電阻分別與電壓連接器和電流連接器相連的模擬開關(guān)電路；用于控制選通模擬開關(guān)電路的輸入端來獲取各檔電壓或電流信息的單片機(jī)，此單片機(jī)通過數(shù)據(jù)線與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，此單片機(jī)還通過2803與四只用于電流分檔的繼電器相連；交流信號先經(jīng)交流/直流轉(zhuǎn)換器再進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器；最終數(shù)據(jù)由單片機(jī)發(fā)送給4位數(shù)碼管顯示；二十個(gè)測量檔位通過復(fù)位鍵R、確定鍵Y、電壓鍵V、電流鍵A按步驟選定，通過單片機(jī)進(jìn)行檔位存儲，測量結(jié)果通過USB 口傳送給計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能安伏表，其特征在于，電壓檔通過一只高阻抗輸入電阻RI，經(jīng)模擬開關(guān)依次與分壓電阻Rl、R2、R3、R4相連；電流檔經(jīng)繼電器、取樣電阻與模擬開關(guān)相連；10A電流檔的取樣電阻不經(jīng)繼電器直接與模擬開關(guān)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述，分壓電阻Rl、R2、R3、R4一端共地，且與RI的分壓比依次為1/10、1/100、1/1000、1/10000 ;取樣電阻 R5、R6、R7、R8、R9 的阻值依次為 1K、100 Ω、10 Ω、I Ω、0.01 Ω。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能安伏表，其特征在于，由單片機(jī)經(jīng)移位寄存器驅(qū)動(dòng)十只指示燈，以區(qū)分不同檔位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能安伏表，其特征在于，經(jīng)復(fù)位鍵R、確定鍵Y、電壓鍵V、電流鍵A設(shè)定不同的電壓、電流檔位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能安伏表，其特征在于，電壓出現(xiàn)過量程時(shí)，儀表臨時(shí)自動(dòng)切換到高一檔工作，斷電重啟，儀表仍工作在原設(shè)定檔；V/A檔電流出現(xiàn)過量程時(shí)繼電器斷開；V/A檔超1000VU0A檔超1A時(shí)儀表報(bào)警，儀表充分得到保護(hù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能安伏表，其特征在于，通過USB口與計(jì)算機(jī)通訊。
8.一種與權(quán)利要求1一6任何一項(xiàng)所述智能安伏表的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于包括如下步驟:用復(fù)位鍵R、確認(rèn)鍵Y、電壓鍵V、電流鍵A四個(gè)按鍵設(shè)定檔位時(shí)，四位數(shù)碼管同步顯示操作步驟，設(shè)定完畢并點(diǎn)擊確認(rèn)鍵，檔位信息被存儲。
【文檔編號】G01R15/08GK104237619SQ201410319581
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】史振道 申請人:武漢振道世紀(jì)科技有限公司