一種新型多功能電參數(shù)測試儀的制作方法
【專利說明】一種新型多功能電參數(shù)測試儀 【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測試儀，具體涉及一種新型多功能電參數(shù)測試儀。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 目前各高等院校校電工實驗室所用電參數(shù)測試儀表都是功能單一的分體式模擬 表或數(shù)字表，這些儀表對我國高等教育人才培養(yǎng)做出了突出貢獻，但其在使用中去存在許 多不足，主要表現(xiàn)在以下幾點：
[0003] 1功能單一、集成化程度不高、設備管理混亂:為了滿足《電工電子學》、《電力電子》 以及《電機學》等實驗課程需要，實驗室需要配置直流電壓表、直流電流表、交流電壓表、交 流電流表、單相功率表、功率因數(shù)表等至少6種儀表，從而使得實驗設備管理賬目管理復雜、 混亂；
[0004] 2學生實驗時所用儀表數(shù)量較多、接線復雜、故障百出：例如學生做日光燈功率因 素補償實驗時，需要交流電壓表、交流電流表、功率表和功率因素表，使得接線復雜、容易出 現(xiàn)故障；
[0005] 3實驗線路復雜、實驗效率低下：由于實驗所用儀表種類、數(shù)量較多，從而使得線路 復雜，學生做實驗一半的時間都花在線路連接上，很少多余的時間去研究實驗現(xiàn)象。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006 ]針對上述問題，本發(fā)明提供一種新型多功能電參數(shù)測試儀，將流電壓表、直流電流 表、交流電壓表、交流電流表等設為一體，解決了實驗設備管理賬目管理復雜、混亂的問題， 在使用時，只需將相應的端子接入，即可由表盤讀出相應的數(shù)據(jù)，節(jié)約了時間，使學生有更 多的時間去研究實驗對象，同時簡化了線路，不會因為接線復雜而出現(xiàn)測試故障的問題。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，提供一種新型多功能電參數(shù)測試儀，包括：
[0008] 直流電壓輸入端子、直流電流輸入端子、第一交流電壓輸入端子、第一交流電流輸 入端子、第二交流電壓輸入端子、第二交流電流輸入端子。
[0009] 并聯(lián)于直流電壓輸入端子、直流電流輸入端子、第一交流電壓輸入端子、第一交流 電流輸入端子、第二交流電壓輸入端子、第二交流電流輸入端子輸出端的單片機，該單片機 輸入端與直流電壓輸入端子、直流電流輸入端子、第一交流電壓輸入端子、第一交流電流輸 入端子、第二交流電壓輸入端子、第二交流電流輸入端子之間分別串聯(lián)有信號調(diào)理電路，所 述直流電壓輸入端子、直流電流輸入端子與信號調(diào)理電路之間分別串聯(lián)有信號隔離電路， 該信號隔離電路與取樣電阻并聯(lián)于電流輸入端子上，所述第一交流電壓輸入端子、第二交 流電壓輸入端子與信號調(diào)理電路之間分別串聯(lián)有電壓互感器，所述第一交流電流輸入端 子、第二交流電流輸入端子與信號處理電路之間分別串聯(lián)有電流互感器。
[0010] 分別并聯(lián)于單片機對應輸出端、且設于同一面板上的直流電壓表、直流電流表、交 流電壓表、交流電流表、多功能電參數(shù)測試儀，所述多功能電參數(shù)測試儀上設有分別顯示電 壓、電流、功率因數(shù)、功率的顯示屏。
[0011] 特別的，所述單片機選用工作功率為168MHZ的STM32F407單片機。
[0012] 特別的，所述單片機內(nèi)部設有用于采集信號并將采集信號轉(zhuǎn)換成相應數(shù)據(jù)的ADR 換器、用于存儲AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的至少兩個數(shù)據(jù)緩沖模塊、用于對存儲數(shù)據(jù)進行計算的 電參數(shù)計算模塊，用于控制AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)緩沖模塊、電參數(shù)計算模塊工作的CPU邏輯控制 單元。
[0013] 所述AD轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)存儲器之間設有DMA控制器。
[0014] 特別的，所述直流電壓表、直流電流表、交流電壓表、交流電流表以及上電參數(shù)的 顯示分別采用4位數(shù)碼管顯示，所述多功能電參數(shù)測試儀上電壓、電流、功率的顯示分別采 用4位數(shù)碼管顯示。
[0015] 特別的，所述直流電壓輸入端子、直流電流輸入端子、第一交流電壓輸入端子、第 一交流電流輸入端子、第二交流電壓輸入端子、第二交流電流輸入端子分別為帶絕緣保護 套的橡膠插座。
[0016] 特別的，所述信號調(diào)理電路與單片機之間設有保險管。
[0017] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的一種新型多功能電參數(shù)測試儀，能同時測量1路直 流電壓、1路直流電流、2路交流電壓、2路交流電路、1路功率和功率因素等多個電參數(shù);該測 試儀具有如下優(yōu)點：采用帶絕緣護套的橡膠插座作為儀表輸入端子，使得實驗危險性大大 降低;在每個輸入通道上增加可熔斷保險管來保護儀表，防止學生誤操作時儀表損壞;儀表 內(nèi)部各功能單元采用隔離電源進行隔離供電，保證了儀表工作的可靠性;儀表輸入信號均 采取了線性隔離措施，保證了實驗精度;儀表根據(jù)測量參數(shù)自動切換檔位，降低了操作難 度;采用單片機內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器采集外部信號，其采樣頻率可以很高，因此被測信號的頻帶較 寬；參數(shù)計算部分由軟件實現(xiàn)，只需一套電源為儀表供電即可，因此成本較低;輸入信號均 采用隔離技術(shù)，如果被測線路出現(xiàn)短路等現(xiàn)象，不會損壞儀表，可靠性較高；大部分功能由 單片機軟件來實現(xiàn)，因此測試儀需要改變功能時，只需從新編寫單片機程序即可滿足要求。 【【附圖說明】】
[0018] 圖1為本發(fā)明一種新型多功能電參數(shù)測試儀的電路原理框圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明一種新型多功能電參數(shù)測試儀的面板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明一種新型多功能電參數(shù)測試儀中單片機的結(jié)構(gòu)框圖。 【【具體實施方式】】
[0021] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進 一步詳細說明。
[0022] 本發(fā)明提供的新型多功能電參數(shù)測試儀利用高性能單片機及其內(nèi)部集成的高速 AD轉(zhuǎn)換器同時采集6路模擬信號，并在CPU內(nèi)部利用FFT算法實現(xiàn)各種參數(shù)的運算，同時將運 算結(jié)果顯示在相應的區(qū)域。請參閱圖1-圖3,本發(fā)明提供的一種新型多功能電參數(shù)測試儀， 包括：
[0023] 直流電壓輸入端子1、直流電流輸入端子2、第一交流電壓輸入端子3、第一交流電 流輸入端子4、第二交流電壓輸入端子5、第二交流電流輸入端子6。
[0024] 并聯(lián)于直流電壓輸入端子1、直流電流輸入端子2、第一交流電壓輸入端子3、第一 交流電流輸入端子4、第二交流電壓輸入端子5、第二交流電流輸入端子6輸出端的單片機7， 該單片機7輸入端與直流電壓輸入端子1、直流電流輸入端子2、第一交流電壓輸入端子3、第 一交流電流輸入端子4、第二交流電壓輸入端子5、第二交流電流輸入端子6之間分別串聯(lián)有 信號調(diào)理電路8,所述直流電壓輸入端子1、直流電流輸入端子2與信號調(diào)理電路8之間分別 串聯(lián)有信號隔離電路9,該信號隔離電路9與取樣電阻10并聯(lián)于直流電流輸入端子2上，所述 第一交流電壓輸入端子3、第二交流電壓輸入端子5與信號調(diào)理電路8之間分別串聯(lián)有電壓 互感器11，所述第一交流電流輸入端子4、第二交流電流輸入端子6與信號處理電路之間分 別串聯(lián)有電流互感器12。
[0025]分別并聯(lián)于單片機7對應輸出端、且設于同一面板上的直流電壓表13、直流電流表 14、交流電壓表15、交流電流表16、多功能電參數(shù)測試儀17,所述多功能電參數(shù)測試儀17上 設有分別顯示電壓、電流、功率因數(shù)、功率的顯示屏18。
[0026] 特別的，所述單片機7選用工作功率為168MHZ的STM32F407單片機。
[0027] 特別的，所述單片機7內(nèi)部設有用于采集信號并將采集信號轉(zhuǎn)換成相應數(shù)據(jù)的AD 轉(zhuǎn)換器71、用于存儲AD轉(zhuǎn)換器71轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的至少兩個數(shù)據(jù)緩沖模塊72、用于對存儲數(shù)據(jù)進 行計算的電參數(shù)計算模塊73，用于控制AD轉(zhuǎn)換器71、數(shù)據(jù)緩沖模塊72、電參數(shù)計算模塊73工 作的CPU邏輯控制單元74;STM32F407單片機內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器71和數(shù)據(jù)緩沖模塊72(SDRAM)之 間設有DMA控制器75，AD轉(zhuǎn)換器71-旦開啟，每當AD轉(zhuǎn)換器71采集完一次數(shù)據(jù)后，直接由硬 件將AD轉(zhuǎn)換器71轉(zhuǎn)換結(jié)果傳至數(shù)據(jù)緩沖模塊72內(nèi)部，無需CPU邏輯控制單元74的干預，CPU 邏輯控制單元74將大部分時間留給電參數(shù)計算模塊73,極大地滿足測量需求、同時提高了 系統(tǒng)的可靠性，防止突變信號被遺漏；圖2中CT1為CPU邏輯控制單元向AD轉(zhuǎn)換器發(fā)出的轉(zhuǎn)換 啟動、停止信號；CT2為CPU邏輯控制單元向DMA控制器發(fā)出的數(shù)據(jù)緩沖選擇信號；INT為DMA 控制器向CPU邏輯控制單元發(fā)出的中斷信號;CT3為CPU邏輯控制單元向電參數(shù)計算模塊發(fā) 出的控制命令;于工作時，CPU邏輯控制單元通過CT2向DMA控制器75發(fā)出命令、并設置數(shù)據(jù) 緩沖模塊72首地址和緩沖大小，然后通過CT1開啟AD轉(zhuǎn)換器71采集，當AD轉(zhuǎn)換器71采集完一 次參數(shù)后主動將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放至由DMA控制器75指定的數(shù)據(jù)緩沖模塊72,并將目的地址加 1，以此循環(huán)；當某個數(shù)據(jù)緩沖模塊72存滿數(shù)據(jù)后，DMA控制器75向CPU邏輯控制單元74產(chǎn)生 一個中斷信號，CPU邏輯控制單元7位即進入中斷服務程序，并通過CT3向電參數(shù)計算模塊 73發(fā)出啟動計算命令和數(shù)據(jù)源地址、同時通過CT2向DMA控制器75發(fā)出命令切換數(shù)據(jù)緩沖。
[0028] 特別的，所述直流電壓表13、直流電流表14、交流電壓表15、交流電流表16以及上 電參數(shù)的顯示分別采用4位數(shù)碼管顯示，所述多功能電參數(shù)測試儀上電壓、電流、功率的顯 示分別采用4位數(shù)碼管顯示，如此可將電參數(shù)數(shù)據(jù)顯示精確到小數(shù)點后一位，提高了測試精 度。
[0029] 特別的，接線端子一般采用金屬頭外露的U型插進行線路連接，學生實驗時很容易 觸電，因此所述直流電壓輸入端子1、直流電流輸入端子2、第一交流電壓輸入端子3、第一交 流電流輸入端子4、第二交流電壓輸入端子5、第二交流電流輸入端子6分別為帶絕緣保護套 的橡膠插座，如此使得實驗危險性大大降低，提高了該新型多功能測試儀的安全性。
[0030] 特別的，由于學生均在學習階段，在實驗時，很容易接錯線路，一旦接錯線路就會 導致測試儀燒糊，因此所述信號調(diào)理電路8與單片機7之間設有保險管（圖中未繪示），在每 個線路輸入通道上設置可熔斷保險管來保護直流電壓表13、直流電流表14、交流電壓表15、 交流電流表16儀表、多功能電參數(shù)測試儀