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作者：河南工程学院 李胜国 徐永科 闫双建
指导教师：蒋威 瓮嘉民

　　作品简介

　　随着电力电子、电气及自动化和国家电网等新技术的发展，对电路中的电路参数的精度也提出了更高的要求，系统中电路参数的精确度及其品质因数将直接影响到设备的稳定性、准确性以及快速性。因此提高电路参数的精度有助于提高设备的性能，减少事故的发生。精确的选用电路参数更可以优化电路的结构，减少电路的成本价格、降低系统的功耗、提高设备的工作效率。符合现代低功耗，节能型社会的发展浪潮。
　　目前电路参数测试仪多数是采用平衡电桥、补偿法、电阻分压器以及RCL多谐振荡器等原理构成。以上各方法普遍存在精确度不高、误差大，使用繁杂、价格高、体积较大不便于携带等诸多不足。因此设计出一种高性能的电路参数测量仪很具有现实必要性。
　　本作品应用现代新型电子技术，采用STC公司最新型IAP单片机为处理器设计出一款基于不平衡电桥原理的电路参数测试仪，具有精度高、价格低、功耗小、体积小便于携带且使用方便等特点。
　　本作品采用不平衡电桥设计，被测阻抗可使不平衡电桥输出相应的电压，经过信号调理后经A/D采样处理，可得到被测阻抗值。系统结构框图如图1所示。　　

　　测量方法：只需将被测器件与检测接口相接处便可以自动识别器件的阻抗大小在各自量程内，每个量程测量3个不同量程的电路参数，采用惠普3440及Pratek506数字仪表进行实验对照，见附表一。
　　经测量数据分析本系统达到如下技术指标。
　　1)电阻分辨率分别为1Ω，10Ω，100Ω，1kΩ，10kΩ。
　　电阻精度： 1%
　　2)电容分辨率：1uf，
　　电容精度： 5%
　　3)电感分辨率：5uh
　　电感精度 ： 5%
　　实物图如图2所示
　　被测阻抗分别为同时测量4.7k电阻，68uh电感，1000uf电容。　　

　　平台选型说明

　　本系统采用宏晶公司最新的STC15系列单片机IAP15F5K61S2为核心芯片，以STC15单片机开发板为平台设计。

　　设计说明

　　本作品采用宏晶公司最新的STC15系列单片机IAP15F5K61S2为核心芯片，以STC15单片机开发板为基础，辅以外围电路采用不平衡电桥原理设计出一款具有很高使用价值的电路参数测量仪，可以准确的测量电阻、电容以及电感的阻抗。数据采集采用TLC2543芯片，本作品具有测量高精度、大量程且不需像普通万用表要进行复杂而又繁琐的调档位工作，可以对1---1MΩ的电阻、1---1000μF的电容、1---1000μH的电感进行精确测量。显示采用12864液晶。LCD12864是点阵液晶模块，显示信息量大、字符清晰、稳定、美观视觉舒服，显示信息量大，故本系统采用12864液晶显示器。
　　(1) 硬件设计
　　测量电容、电感电路如图3，测量电阻电路如图4.　　

　　电阻、电容、电感等阻抗的测量采用不平衡交流阻抗电桥，其中一个桥臂采用相同的电阻，既简化电路结构又抑制了温度漂移。另一桥臂采用相应的阻抗构成不平衡电桥，输出信号采用仪表放大器AD620放大其差模信号，抑制共模信号。输出的交流电压信号可根据公式(1)得：　　

　　公式1由不平衡电桥原理直接得到uo，大大提高了精度，而对于公式2 
                 
　　公式2因由忽略了 的存在，且测量大量程的阻抗值 将会更大，会造成较大的非线性误差。
　　交流阻抗电桥输出的交流信号uo经过放大调理后，采用最新型的AD536交直流变化电路，其内部有求绝对值电路、平方除法器、镜像电流源以及输出缓冲放大器四部分组成，可得到交流电压的真有效值。转换公式如公式3
                　   
　　将转化出的直流电压信号送至A/D采样处理，可由公式(4)得到被测阻抗值。
                    
　　(2)数模转换设计
　　本作品采用高速数模转换器TLC2543采集信号，TLC2543为12位串行模数转换器，有11路检测通道，电路简单，分辨率高，应用电路图5示。　　

　　(3)系统软件设计
　　本系统采用STC15系列单片机IAP15F5K61S2为核心芯片，采用C语言进行编程，软件设计流程图如图6。　　

　　作品特色

　　本作品基于不平衡电桥设计出一款电路参数测试仪，并可以同时检测电阻、电感、电容元件的阻抗大小。硬件设计将电压信号进行隔离处理，采用仪表放大器放大其差模信号，采用最新型的AD536真有效值交流/直流转换器将转化的直流电压信号送A/D采样，同时采用函数△Z=f(u0)(公式1)直接得到被测阻抗，不用考虑系统中△Z引起的非线性误差，提高了系统线性度，电路简单，具有很高的准确度。
　　在电力电子、电气以及自动化等行业的研究设计以及实验室、工厂的现场调试等都要对电路参数进行测量，而普通的测量仪由于体积庞大、功能单一，为工作者使用带来很多麻烦。本作品采用宏晶公司最新的STC15系列单片机IAP15F5K61S2为核心芯片的开发板，系统更加稳定，产品可靠，缩短了研发周期，提高了工作效率。可以对1Ω至1MΩ之间的电阻，1至1000μF的电容以及1至1000μH的电感进行精确测量，且测量不需繁琐的换挡操作。
　　本作品是在普通测试仪器的基础之上对其不能对电感和大电容的测量，测量电阻要进行繁杂的换挡的基础上，设计的一款自动化程度较高的基于不平衡电桥电路参数测试仪，并实现了对多个电路参数的同时测量。本作品具有精度高、低功耗，电路简单、成本低、使用方便等优点。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2475