專利名稱：一種大量程峰值電壓數(shù)顯表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電壓峰值的測量儀器，具體為一種大量程峰值電壓數(shù)顯表，可以對交流電壓的峰值進行智能檢測，并通過數(shù)碼管顯示出來的裝置。
技術(shù)背景電壓峰值是工程實踐中非常重要的一個電工參數(shù)，也是各種電器產(chǎn)品在其設(shè)計和使用中必須考慮的安全因素之一。對于直流電壓而言，有效值、峰值、平均值都是相同的，通常選用磁電式儀表進行測量；對于正弦交流電壓而言，峰值約為有效值的1.414倍，通常選用電磁式或電動式儀表測出有效值后，按比例計算峰值。然而對于非正弦電壓來說，峰值與有效值之間并不存在固定的比例關(guān)系，這時電壓峰值必須由專用的設(shè)備來測量。傳統(tǒng)的電壓峰值測量儀只能在其一定的測量范圍內(nèi)得到比較精確地測量結(jié)果，測量范圍較小，且精度不高
實用新型內(nèi)容
本使用新型的目的在于解決上述問題，設(shè)計了一款大量程型峰值電壓數(shù)顯表，該儀器可以根據(jù)所測量峰值電壓的大小自動選擇量程，量程自動切換電路由一個四選一多路開關(guān)以及一個運算放大器和兩個雙向開關(guān)構(gòu)成，該電壓表擁有四個檔位，可測量大小為 lmV-lOOOV，頻率范圍0-1000HZ的電壓峰值。且測量精度更高，最高可達到1 μ ν，并可數(shù)字顯示測量結(jié)果；被測電壓的波形不受限制，周期性或非周期性均可，因此適用范圍更廣；加入相應(yīng)的計算判斷模塊和后向控制電路，可實現(xiàn)控制的自動化和智能化。本實用新型的技術(shù)方案為一種大量程峰值電壓數(shù)顯表，該數(shù)顯表由自動切換及峰值電壓采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、主控電路組成，其中主控電路包括單片機、鍵盤和顯示器；其連接方式為單片機I/O 口分別與鍵盤和顯示器相連；自動切換及峰值電壓采集電路輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路輸出端與主控電路中的單片機的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路與自動切換及峰值電壓采集電路的控制端分別與單片機相連。所述的自動切換及峰值電壓采集電路包括一個四選一選擇開關(guān)，一個運算放大器，兩個雙向開關(guān)，二極管D1，電容Cl，以及電阻Rl，R2。連接關(guān)系為采集到的電壓信號送入四選一多路開關(guān)的輸入端，四選一多路開關(guān)的控制引腳與單片機相連；四選一多路開關(guān)的輸出端通過電阻Rl與運算放大器的正極相連，R2與第一個雙向開關(guān)并聯(lián)在運算放大器的兩端；經(jīng)過運算放大器放大后的電壓信號通過二極管Dl送入電容Cl，同時Cl與第二個雙向開關(guān)并聯(lián)。所述的主控電路包括單片機，6位數(shù)碼顯示管，以及鍵盤，連接關(guān)系為單片機通過串、并口與鍵盤和6位數(shù)碼顯示管相連；本實用新型的有益效果為本實用新型的價格低廉、體積小、便于攜帶，可測量峰值電壓的范圍比較大，可測量大小為lmV-lOOOV，誤差可達到Ιμν，并且被測電壓的波形不受限制，周期性或非周期性均可。

圖1是本實用新型的數(shù)顯表的組成結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實用新型自動切換及峰值電壓采集電路的結(jié)構(gòu)圖；圖3是A/D轉(zhuǎn)換電路的電路連接圖；圖4是本實用新型的主控及數(shù)字顯示電路的電路連接圖；圖5為本實用新型大量程峰值電壓數(shù)顯表的主程序流程圖；圖6為本實用新型大量程峰值電壓數(shù)顯表的中斷子程序流程圖。
具體實施方式
本實用新型具體實施方式
如下本實用新型的結(jié)構(gòu)如圖1所示，一種大量程峰值電壓數(shù)顯表，該數(shù)顯表由自動切換及峰值電壓采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、主控電路組成。其連接方式為單片機I/O 口分別與鍵盤和顯示器相連；自動切換及峰值電壓采集電路輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連， A/D轉(zhuǎn)換電路輸出端與主控電路中的單片機的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路與自動切換及峰值電壓采集電路的控制端分別與單片機相連。自動切換及峰值電壓采集電路的輸出端與AD轉(zhuǎn)換芯片的輸入端相連，模擬的電壓信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并送入單片機，四選一多路開關(guān)的控制引腳以及AD轉(zhuǎn)換芯片的中斷控制引腳分別與單片機相連。所述的自動切換及峰值電壓采集電路，如圖2所示，包括一個四選一選擇開關(guān) (1)，一個運算放大器(3)、雙向開關(guān)0)，雙向開關(guān)G)、二極管D1，電容Cl，以及電阻R1， R2 ；連接關(guān)系為采集到的電壓信號送入四選一多路開關(guān)(1)的輸入端，多路開關(guān)(1)的控制引腳與單片機的P. 0與P. 1相連，多路開關(guān)(1)的輸出端經(jīng)過電阻Rl與運算放大器(3)的正極相連，R2與雙向開關(guān)( 并聯(lián)在運算放大器(3)的兩端。經(jīng)過運算放大器C3)放大后的電壓信號通過二極管的Dl送入電容Cl，同時Cl與雙向開關(guān)并聯(lián)。所述的主控電路，包括單片機89C52，6位數(shù)碼顯示管，以及鍵盤，連接關(guān)系為單片機通過串、并口與鍵盤和6位數(shù)碼顯示管相連，具體器件組成如圖4所示；所述的AD轉(zhuǎn)換電路都是公知的電路，具體器件組成如附圖3。具體操作步驟為1.自動切換及峰值電壓采集電路的作用是取得被測電壓信號，且能夠在主控電路的控制下自動對高壓進行適當(dāng)?shù)慕祲汉蛯Φ蛪哼M行適當(dāng)?shù)姆糯螅绠?dāng)被測電壓在O-IV 之間時，電壓表設(shè)置為1檔位，多路開關(guān)的輸入端和輸出端短接，使輸入的電壓直接送入運算放大器，并控制雙向開關(guān)1斷開，使放大后的電壓滿足后續(xù)電路的需要。當(dāng)被測電壓為 10-100V之間時，電壓表設(shè)置為2檔位，輸入的電壓通過多路開關(guān)進行降壓，同時控制雙向開關(guān)2閉合，使運算放大器短接，降壓后的電壓通過二極管給電容Cl充電。并利用電容使采集到的峰值電壓在一定周期內(nèi)保持不變，采集完畢后通過雙向開關(guān)4對電容電壓進行放電。以上四選一多路開關(guān)的切換，以及雙向開關(guān)的通斷皆有單片機根據(jù)程序自動控制。A/D轉(zhuǎn)換電路圖中采用了 12位的AD574芯片，具有轉(zhuǎn)換精度高達0.05%和轉(zhuǎn)換速度快達25 μ s的特點。將經(jīng)過調(diào)壓之后的峰值信號送入A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端，同時控制單片機啟動A/D轉(zhuǎn)換，并將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化為單片機可以識別的數(shù)字信號，由于這種型號的芯片內(nèi)有三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與微處理器相連，因此不必再附加邏輯接口電路。3.主控電路是本儀表的核心部分，主處理芯片采用89C52，片內(nèi)集成ROM和RAM， 程序存儲器用于存儲軟件；數(shù)據(jù)存儲器用于存儲近階段的測量數(shù)據(jù)，以便于用戶查詢，對電壓峰值的異常波動及時作出反映，該功能對電力系統(tǒng)和工業(yè)生產(chǎn)過程的監(jiān)測十分重要。鍵盤及數(shù)據(jù)顯示部分也包括在主控電路中，鍵盤采用中斷輸人方式，占用89C52的外中斷口 INTO ；顯示由6位LED組成，采用靜態(tài)顯示和譯碼方式。本儀表的軟件包括主程序、中斷程序和一系列子程序。中斷子程序分別響應(yīng)按鍵中斷和AD中斷，主程序則用于控制整個系統(tǒng)的有序工作。儀表通電后，主程序首先進行初始化，在收到由鍵盤送來的“開始測量”中斷信號后，啟動AD，由AD中斷響應(yīng)程序?qū)D數(shù)據(jù)進行計算判斷以確定合適的量程，并存儲采樣數(shù)據(jù)。然后，主程序?qū)Σ蓸訑?shù)據(jù)進行補償糾正計算，并搜索被測電壓的最大采樣值(峰值)。該采樣值經(jīng)轉(zhuǎn)換后用數(shù)碼管顯示輸出。采樣周期由軟件設(shè)定，為提高測量的準確性，采樣周期應(yīng)適當(dāng)減小。對于呈周期性變化的交流電壓信號，采樣周期不應(yīng)大于被測信號周期的1/10。圖5所示實施例表明本實用新型大量程峰值電壓數(shù)顯表的主程序流程是程序初始化一開中斷一測量是否完成？ N—返回測量；Y，標志為1 — A/D轉(zhuǎn)換一調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序一調(diào)用顯示子程序一清除測量完成標志。圖6所示實施例表明本實用新型峰值電壓數(shù)顯表的中斷程序流程是保存中斷現(xiàn)場一第一次中斷？ N—轉(zhuǎn)入第N次中斷？ ；Y—開定時中斷TO—第η次中斷？ N—中斷次數(shù)加1 —結(jié)束；Y—關(guān)閉定時器TO—存儲時間及中斷次數(shù)一中斷次數(shù)及定時器復(fù)位一置位測量完成標志一恢復(fù)現(xiàn)場一結(jié)束。中斷程序分別響應(yīng)按鍵中斷和AD中斷。在實現(xiàn)電容量測量過程中，其程序包括主程序(圖幻和中斷處理子程序(圖6)。主程序(圖5)由初始化(步驟1)、開中斷(步驟2)、測量完成標志(步驟3)、AD 轉(zhuǎn)換(步驟4)調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序(步驟幻、顯示子程序(步驟6)、清楚標志位(步驟7) 組成。中斷處理子程序(圖6)整體作為(步驟2)執(zhí)行。其程序的運行過程如下(1)單片機上電后，首先對程序進行初始化，系統(tǒng)設(shè)置初始值及標志位。(2)接通電源后，單片機的晶振電路開始工作，此時發(fā)出第一個脈沖，系統(tǒng)開中斷， 啟動定時器TO開始定時，中斷服務(wù)程序?qū)O重新裝入時間常數(shù)。(3)開中斷后，系統(tǒng)執(zhí)行中斷處理子程序(圖6)，開定時中斷T0，然后判斷是否為第N次中斷，若是第N次中斷，則關(guān)閉定時器T0，存儲時間和中斷次數(shù)，中斷次數(shù)及定時器復(fù)位，然后對完成標志進行判斷(步驟3)。若不是第N次中斷，則中斷次數(shù)自動加1，然后再對完成標志進行判斷(步驟3)。(4)中斷處理程序(步驟2)完成后，對測量完成標志進行判斷，若測量完成標志為 1，進行AD轉(zhuǎn)換(步驟4)，然后調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序(步驟幻和顯示子程序(步驟6)，顯示測量值。若測量標志不為1，則跳回步驟2繼續(xù)判斷。(5)測量標志位為1時，系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序，對數(shù)據(jù)進行分析處理。[0036](6)步驟5對數(shù)據(jù)進行分析處理后，系統(tǒng)自動調(diào)用顯示子程序，顯示測量結(jié)果。(7)測量結(jié)果顯示后，系統(tǒng)進入清除測量完成標志，自動轉(zhuǎn)入步驟2，進行下一次的測量判斷。系統(tǒng)在對未知峰值電壓進行測量時，反復(fù)運行上述程序。在對不同電容量測量時， 系統(tǒng)自動切換量程。其控制實現(xiàn)了智能化。本實用新型未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種大量程峰值電壓數(shù)顯表，其特征為該數(shù)顯表由自動切換及峰值電壓采集電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路、主控電路組成，其中主控電路包括單片機、鍵盤和顯示器；其連接方式為單片機I/O 口分別與鍵盤和顯示器相連；自動切換及峰值電壓采集電路輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路輸出端與主控電路中的單片機的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路與自動切換及峰值電壓采集電路的控制端分別與單片機相連。
2.如權(quán)利要求1所述的大量程峰值電壓數(shù)顯表，其特征為自動切換及峰值電壓采集電路包括一個四選一選擇開關(guān)，一個運算放大器，兩個雙向開關(guān)，二極管D1，電容Cl，以及電阻R1，電阻R2 ；連接關(guān)系為采集到的電壓信號送入四選一多路開關(guān)的輸入端，四選一多路開關(guān)的控制引腳與單片機相連；四選一多路開關(guān)的輸出端通過電阻Rl與運算放大器的正極相連，電阻R2與第一個雙向開關(guān)并聯(lián)在運算放大器的兩端；經(jīng)過運算放大器放大后的電壓信號通過二極管Dl送入電容Cl，同時電容Cl與第二雙向開關(guān)并聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1所述的大量程峰值電壓數(shù)顯表，其特征為所述的主控電路包括單片機，6位數(shù)碼顯示管，以及鍵盤，連接關(guān)系為單片機通過串、并口與鍵盤和6位數(shù)碼顯示管相連。
專利摘要本實用新型為一種大量程峰值電壓數(shù)顯表，該數(shù)顯表由自動切換及峰值電壓采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、主控電路組成，其中主控電路包括單片機、鍵盤和顯示器；其連接方式為單片機I/O口分別與鍵盤和顯示器相連；自動切換及峰值電壓采集電路輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路輸出端與主控電路中的單片機的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路與自動切換及峰值電壓采集電路的控制端分別與單片機相連。本實用新型的價格低廉、體積小、便于攜帶，可測量峰值電壓的范圍比較大，可測量大小為1mV-1000V，誤差可達到1μv，并且被測電壓的波形不受限制，周期性或非周期性均可。
文檔編號G01R15/09GK202210117SQ201120192140
公開日2012年5月2日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者周亞同, 張偉, 黃曉松 申請人:河北工業(yè)大學(xué)