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作者：乐山师范学院 朱建超 涂先东 谢桂
指导教师：杨济豪

　　作品简介

　　背景：
　　随着科技的发展和电子技术的进步，工程师们对测量仪器的功能要求也是越来越高，起初我们的电压表电流表是分离开的，电流表要串联在电路中，电压表要并联在电路中，而且还要求我们怎么样做才能提高测量值的精准度。我就大大的加大了电子系统设计的复杂度。那么我们的仪器技术就在这种形式下得到发展。我们的电压表和电流表的功能开始集中起来，我们也不需要过于繁杂的操作方法。(如图2)但是仪器的体积问题，和操作还是不能满足工程师的需要。于是测量仪器开始迈入智能这个方向。
　　测量仪器的发展趋势是智能化,智能仪器是近年仪器科学发展的一个重要分支。RLC测量仪是一种测量电阻R、电感L、电容C等参数的智能元件参数测量仪器。RLC参数的高精度测量可广泛用于电阻、电感、电容的参数测量,还可用于电路板分立元件在线参数测量与分析。 是一款针对传统RLC参数测量仪器的不足加以改进的作品。以下 就是我们的作品(图4.1，图4.2)　　

 　　(图2)

　　设计整体框架(图3)：　　

 　　由于要求制作集成度高，体积小，所以我们舍弃了利用开发板。而是自己搭建了单独模块使用。我们整个系统分为以下几个部分按键模块，液晶显示模块，量程转换模块，语音播报模块，电路由RC震荡电路、电感由三点式电路构成。

　　详情如图(图4.1，图4.2)　　

　　功能说明：
　　首先我们可以看到我们的系统初始化面板。采用的的是lcd显示加语音模块的方法，然后我们我们的主要功能有不同电阻值的测量(图5.2)、不同电感值的测量(图5.3)、和电容的测量(图5.4)本系统操作简单。利用振荡电路将模拟量转换为数字量再与与单片机相结合的方式实现电阻、电容、电感的测试。从而设计更为简便，精确度高，测量误差保持在%2以内。适合大中小学、以及大学实验室装配。　　

 　　平台选型说明

　　本作品是以采用keil uvision4编程软件为开发平台和STC15F2K61S2单片机开发板构成的作品制作系统，利用高集成的开发板实现了系统的测量与仿真。

　　设计说明

　　电路原理图：　　

 　　电阻、电容、电感测试仪的设计可用多种方案完成，例如利用模拟电路，电阻可用比例运算器法和积分运算器法，电容可用恒流法和比较法，电感可用时间常数法和同步分离法等、使用可编程逻辑控制器(PLC)、振荡电路与单片机结合或CPLD与EDA相结合等等来实现。在设计前对各种方案进行了比较：
　　(1)利用纯模拟电路
　　虽然避免了编程的麻烦，但电路复杂，所用器件较多，灵活性差，测量精度低，现在已较少使用。

　　(2)可编程逻辑控制器(PLC)
　　应用广泛，它能够非常方便地集成到工业控制系统中。其速度快，体积小，可靠性和精度都较好，在设计中可采用PLC对硬件进行控制，但是用PLC实现价格相对昂贵，因而成本过高。

　　(3)采用CPLD或FPGA实现
　　应用目前广泛应用的VHDL硬件电路描述语言，实现电阻，电容，电感测试仪的设计，利用MAXPLUSII集成开发环境进行综合、仿真，并下载到CPLD或FPGA可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。但相对而言规模大，结构复杂。

　　(4)伏安法
　　伏安法是测量电阻的最基本方法。分别用电流表和电压表测出通过电阻的电流和电压，根据公式R=U/I求得电阻。这种测量方法要同时测出两个模拟量，不易实现自动化。而指针式万用表欧姆挡是把被测电阻与标准电阻及电池串联，用电流表测出电流，由于被测电阻与电流一一对应，由此就可读出被测电阻阻值，如所示。这种测量的方法的精度变化大，若要较高的精度，必须较多的量程，电路复杂。

　　((5)利用振荡电路与单片机结合
　　利用555多谐振荡电路将电阻，电容参数转化为频率，而电感则是根据电容三点式电路也转化为频率，这样就能够把模拟量近似的转换为数字量，而频率f是单片机很容易处理的数字量，一方面测量精度高，另一方面便于使仪表实现自动化，而且单片机构成的应用系统有较大的可靠性。系统扩展、系统配置灵活。容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。单片机具有可编程性，硬件的功能描诉可完全在软件上实现，而且设计时间短，成本低，可靠性高。
　　很多仪表都是把较难测量的物理量转变精度较高且较容易测量的物理量。基于此思路把电子元件的集中参数L、R、C转换成频率信号f，然后用单片机计数后再运算求出L、R、C的值并显示，转换的原理分别是RC震荡和LC三点式振荡。其实这种转换就是把模拟量近似转换为数字量，频率是单片机很容易处理的数字量，这种数值化处理一方面便于使仪表实现智能化，另一方面也避免了由指针读数引起的误差，从而达到仪表的高可靠性、高精度和多功能，这样就能更好的达到用户的需要。
　　综上所述，利用振荡电路与单片机结合实现电阻、电容、电感测试仪更为简便可行，节约成本。适合大中小学、以及大学实验室装配。所以，本次设计选定以单片机为核心来进行。利用振荡电路，和LCD显示器来完成,测量误差保持在%5以内。(下面是我们的整体思想框图)(图6)　　

 　　测量原理：
　　电阻的测量采用“ 脉冲计数法”, 由555 电路构成的多谐振荡电路,555 接成多谐振荡器的形式,其振荡周期为：　　

 　　电容 C 测量计算：
　　电容的测量同样采用“脉冲计数法”,由555 电路构成的多谐振荡电路,通过计算振荡输出的频率来计算被测电容的大小。555 接成多谐振荡器的形式,其振荡周期为：
　　T=t +t =(ln2)(R +R )·C +(ln2)R ·C 设R =R ,得出
　　即　　

 　　电感 L 测量计算：
　　电感的测量是采用电容三点式振荡电路来实现的。LC 回路中与发射极相连的两个电抗元件是同性质的,另外一个电抗元件为异性质的,而与发射极相连的两个电抗元件同为电容时的三点式电路,成为电容三点式电路：得出　　

 　　作品特色

　　本作品采用高度集成化的制作方式。把测量电路、控制中心、lcd显示电路、和语音芯片完全集成在一个小盒子里面。体积和重量比现在的万用表还要小一点。本作品中我们的重点是放在硬件电路的设计和测量值的精确方法上。电阻、电容、电感测试仪的设计可用多种方案完成，例如利用模拟电路，电阻可用比例运算器法和积分运算器法，电容可用恒流法和比较法，电感可用时间常数发和同步分离法等、使用可编程逻辑控制器(PLC)、振荡电路与单片机结合或CPLD与EDA相结合等等来实现。最后我们利用振荡电路与单片机结合实现电阻、电容、电感测试仪更为简便可行，节约成本。适合大中小学、以及大学实验室装配。所以，本次设计选定以STC15F2K61S2单片机为核心来进行数据处理。利用振荡电路，和LCD显示器来完成,测量误差保持在%2以内。
　　在lcd显示的同时我们还加入了语音芯片。可以将测量出来的值给用户及时的播报出来。从而实现了更为智能化的测量。在编程模式上面我们采用个模块化方式，把电阻、电容、电感、lcd显示、语音模块等编写成子程序，通过调用的方式来编写程序，使代码开发的速度更加的快。
　　本作品花费了我们很大的心血。在比赛期间，我们不断查阅各方面的知识，包括控制类、传感器技术、计算机、机械结构等多个学科，这次比赛的整个过程对我们的各方面知识的融合、实践动手能力以及创新思维的培养都有极大的推动作用。
　　本设计本着优化现代测量仪器技术的宗旨，我们相信我们的做平能够的到更加好的后续开发。让仪器技术不断的发展。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2323