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广域测控智能万用表及其实现方法

阅读:740发布:2021-01-17

专利汇可以提供广域测控智能万用表及其实现方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种广域测控智能万用表。它属于先进制造领域,是替代数字万用表、与网络融合并有广域测控功能的新型仪表。显示器正中显示测量数据,上方小字显示当前仪表工作模式,下方小字提示与当前相关的操作步骤。仪表设有R键、H键、L键、V键、A键、Ω键、M键、K键共8个键。R是复位键,H、L键用于高低 位置 数,其复用功能面板有注明;V键选择 电压 、A键选择 电流 、Ω键选择 电阻 ,M是多功能键,K是快捷键。电压、电阻、电流测量智能换挡,仪表有多种倒顺计时、外控机电设备、提供实验电源,检测七彩LED及应急灯功能。本仪表适用交直两用供电。所有测量数据既可与 物联网 融合,也可外接LED数码管实现大屏幕显示。外形见 附图 。,下面是广域测控智能万用表及其实现方法专利的具体信息内容。

1.一种智能万用表,其特征在于,由单片机与时钟芯片DS1302、温湿度测量芯片组成测控核心系统,使万用表创造性地有了自动化测控功能,所述是本发明的独创技术。
2.本发明利用与单片机相连的模拟开关,按指令接通2只分压电阻,并配合切换参考电压,完成5个档的电压自动选档,快速、准确、无触点、无振动、节电,所述电路是本发明独有技术。
3.本发明利用单片机的判断和运算功能,通过与之相连的模拟开关精确地接通对应的标准电阻,利用欧姆定律算出电阻值。此法逾越了中外各厂家皆饱受其累的低速比例法鸿沟,使电阻的自动换档瞬间完成,所述电路为本发明所独有技术。
4.本发明由单片机和与之相连的并联继电器完成电流的毫安级自动换档。此法使低阻抗取样电阻不测量电流时绝对与V/A端口分离,从而创造性地减少了一个毫安级电流输入端口,大大地减少了仪表的抽插操作,所述电路为本发明所独有技术。
5.本发明利用4×2轻触带开关完成计算法和比例法的电路切换,构思巧妙,独具匠心,所述是本发明的又 一独创技术。
6.本发明采用市电供电、锂电池、干电池三种电源,不仅显著节省了用电成本,而且机内统一的正负5伏电源便于和现代设备接轨,所述是本发明的独创技术。
7.本发明用5V电源串联限流电阻形成的LED测试端口,创造性地为世界LED产业发明了一款轻便而高效的检测工具,所述为本发明独创技术。
8.本发明的液晶显示器智能化提示操作步骤,使智能化操作不仅更准确快捷,而且寓教于乐,所述为本发明独创技术。
9.本发明的正负5V电源输出,极大地方便了工程人员无处不在的电子线路实验,所述是本发明独创技术。
10.本发明的多功能信号输出端口,不仅可使仪表完美地与外接LED显示对接,而且能与物联网融合,是本发明最具时代感的独创技术。

说明书全文

广域测控智能万用表及其实现方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种新型手执式万用表,它属于先进制造领域。具体地说,它是一种符合“863计划”要求的、具有广域测控功能的、能与物联网融合的新概念仪表。

背景技术

[0002] 数字万用表于1980年代在美国诞生,1990年代性能达到顶峰并沿用至今。而今,人类社会已进入信息时代。信息时代的代表性产品如电脑、手机、家用电器及机电设备等,20多年间已升级2-3代,普遍达到数字化、智能化的标准;而数字万用表却依然是20多年前的老面孔:频繁手动换档,肉眼读数,与数字化、信息化不能接轨。为改变这一落后状况,美国多家公司推出不同方案,都无果而终,再未现昔日辉煌。基于市场对智能万用表的强烈需求,许多知名万用表厂家各显神通,推出不同版本的自动换挡万用表。这些新产品虽冠名“智能万用表”,但是技术并不成熟,只是按原有模式尝试改新,广域测控和融合网络更是遥不可及,因而受到市场冷落;LED是新世纪产生的新型产业,体量巨大,无处不在,数字万用表对七彩LED的检测束手无策;自动控制工 程常用的定时开关机、温湿度测控、事件定时器等控制功能,公知的万用表都不涉及;如此等等,不一而足。数字万用表的辉煌已成过去,面对新时代的新要求,仪表名厂也感江郎才尽,无计可施。
[0003] 数字万用表的智能化升级国内外都未突破。信息时代对智能万用表的需求巨大而紧迫。近几年,美国、欧盟、中国都已提出了实现物联网的时间表。这三家正在暗中较劲。而作为万业之母的电,其测量必须首先要实现智能化。若无处不在的电工测量仍以目前的状况维持,将严重制约物联网技术的发展。
[0004] 当前,市售所有电工仪表和万用表都不能与物联网融合。为此,代表国家最高科技平的“863计划”,连续几年张榜公示,征求设计方案,几乎无人应答,市场反映平静。在“863计划”先进制造领域的“智能制造2.6.1”一节中提出:“突破传统分层结构,针对工业需求,面向广域测控,实现底层物联网到互联网无缝融合和集成。”这一要求,涵盖广泛,意义深远。所有公知的不能与物联网融合的电工仪表都在必须升级换代之列;而在现代科学技术中无处不在的万用表,自当率先垂范,尽快完成升级改造任务,作为领头羊、金刚钻、万灵药而迅速进入各个科技层面,为人类科技进步再立新功。
[0005] 总之,万用表行业的现状必须打破,电能仪表、电工仪 表以及万用表行业的新机遇就在眼前。谁在科技创新的思维和功力上占上,谁就能抢占未来仪表科技的制高点,谁就掌握了未来市场的主动权。

发明内容

[0006] “863计划”先进制造领域“智能制造”栏目,在2.6.1节中提出:“突破传统分层结构,针对工业需求,面向广域测控,实现底层物联网到互联网无缝融合和集成”。本发明照此课题要求,设计出一款创意独特、人见人爱的新型仪表。
[0007] 本发明按照如下方案来实现:一种智能万用表,其包括,电压电流电阻测量公用的输入端口V/A,公共端口COM,20A电流输入端口“20A”,检测LED专用的输入端口“LED”;模数转换器与单片机相连,依单片机指令进行A/D转换;模拟开关1和模拟开关4与单片机相连,按指令完成电压检测分档;模拟开关2和2803芯片与单片机相连,按指令驱动某一继电器吸合,从而完成对电流检测的分档;模拟开关3与单片机相连,完成电阻检测的分档;
时钟芯片和温湿度芯片与单片机相连,完成各种时间控制和温湿度测控;设置复位键R、置数键H和L、电压键V、电流键A、电阻键Ω、电阻快捷键K和多功能键M,通过各键操作,完成仪表的各项测控功能;通过与单片机相连的数据分配器,将数据送液晶显示器显示、送机外LED大屏幕显示,并与上位 机通讯。
[0008] 数字万用表采用9V叠层电池,电池更换频繁,遭人诟病;本发明排除弊端,将220V交流电、机内4.2V可充锂电及4.5V五号干电池,在机内统一转换为5V。此种设计不仅使电费节省,确保在各种情况下的顺利使用,而且5V电源更便于和网络对接。液晶显示器分上中下三个层面显示,上面显示仪表工作模式,中间显示测量数据,下面显示相关操作提示,凸显智能仪表特色;电压、电流、电阻测量实现智能换挡,精准可靠;换挡只需点击一次,不像电脑那样有退出、进入的繁琐步骤,而是一键到位;电阻测量设有快捷档,此档仪表定在400欧姆档,并配合蜂鸣器发声(20欧姆以下),还可选择有声和无声,此档用于低阻值精密测量和通断快速测量;电流档智能保护,大于400MA时继电器断开,仪表保护机制更完善;专设LED检测档,表笔直接测量七彩LED,皆可明亮发光,可在线检测,更使老大难问题迎刃而解。
[0009] 除电工测量功能外,本发明具备当代高端自动控制技术必不可少的各类定时开关机、倒顺计时、事件定时、温湿度测控功能。这些功能常常使广大工程技术人员因买不到对口仪表而束手无策。而今一表在手,应对常见自控手段游刃有余。所有这些自动控制方式,都通过点击M键并配合其他键操作完成。电工测量和自动控制功能如下表:
[0010] 电工测量功能表
[0011]
[0012]
[0013] 自动控制功能表
[0014]
[0015]
[0016] 外接实验电源,为±5V,可供一般电子实验用,电流不超过1A。
[0017] 备有应急灯,按下开关即亮。
[0018] 从USB插口可与上位机通讯;从九针插孔中引出信号线,可在仪表之外点亮LED数字显示屏,从0.56英寸—1英寸,可直插;2英寸至12英寸,外显示板另接电源。此项功能满足工业控制及各类特殊需求。
[0019] 与现有技术相比,本发明有如下有益效果:
[0020] 1、破解难题
[0021] “863计划”关于广域测控与物联网融合的智能仪表课题已公示多年,未获突破。国外也无同类产品面市。本发明以应用最广泛的万用表作为突破口,开创一个智能仪表的新局面。
[0022] 2、中国智造
[0023] 此前所有仪表都是西方国家研发成功,然后输入中国。为购买先进技术,中国往往花费重金。此番智能仪表原产中 国,从制造大国的中国输往国外,为中华崛起增光添彩。
[0024] 3、促进万用表换代工程
[0025] 数字万用表远远落后于信息时代。广域测控智能仪表千呼万唤不出来。本发明必将成为各界科技人员的掌上利器,从而引发万用表的升级换代。
[0026] 4、为物联网事业提速
[0027] 在物联网事业发展进程中,电能仪表、电工仪表的落后,在一定程度上限制了物联网技术的发展。万用表率先突破瓶颈,无疑对物联网技术的发展给予了强有力的支持。
[0028] 5、打破传统的典范
[0029] 传统的万用表用干电池,更换频繁,累计费用不低。本发明可致数年内只花费极少的电池费用;从来万用表只能测,不能控,本发明开创了万用表测控两用的先河。
[0030] 6、促进智能家庭、智能城市发展
[0031] 现代家庭的电器越来越多,随着人们知识水平的提高,万用表进入千家万户已是必然的趋势。人性化的设计,多样化的功能,为本发明服务于千家万户创造了良好的条件。
[0032] 7、壮大青少年科技团队
[0033] 本发明集仪表、时钟、智能控制器于一身,后续产品 还将加入更多文化元素,这样的产品对青少年有很大的吸引力。由于本发明的面市,将会造就更多的青少年科技爱好者。这将具有极其深远的社会意义。
[0034] 8、创建新兴产业
[0035] 智能仪表只闻其名,难见其物。公知的指针式、数字显示式仪表已无技术可言,业界恶性竞争,艰难维持。以本发明为先导,创建全新的智能仪表产业,前途一片光明,经济效益巨大。附图说明
[0036] 图1是本发明的电路原理图
[0037] 图2—图8是本发明的控制功能图文说明
[0038] 图9—图12是本发明的电压测量图文说明
[0039] 图13—图17是本发明的电流测量图文说明
[0040] 图18—图21是本发明的电阻测量图文说明
[0041] 图22是本发明的电压自动换挡流程图
[0042] 图23是本发明的电流自动换挡流程图。
[0043] 图24是本发明的电阻自动换挡流程图。

具体实施方式

[0044] 本发明的实施方式,参照图1分测控、电压、电流、电阻四 部分介绍。
[0045] 测控原理 假如 程序设定温度保持在80℃—85℃范围内,那么程序运行,单片机访问温湿度芯片,得到温度值为78℃,经比对低于下限,指令继电器吸合,外接电炉加热;至85℃时,经比对达到上限,继电器断开,停止加热。温度在80℃—85℃时,继电器不会动作,温度被控制在80℃—85℃范围内。温湿度传感器为活动抽插式。
[0046] 同理,定时开关机和各种定时功能,是将单片机访问DS1302得到的实时时刻与设定时刻进行比对,以确定是否停止计时和启停继电器。
[0047] 电压测量
[0048] 在电压自动档,单片机指令模拟开关1将R1通地,R1与RI组成分压电路,其分压比为1/1000。单片机指令模拟开关4经快捷开关K输入模数转换器的参考电压为200MV,满度值为400MV,仪表工作于400V档。设300V电压从V/A端口经RI达到分压节点A点,分压后A点的输入电压为300MV,此电压值经模拟开关4进入模数转换器,合乎本档要求,显示;若进入V/A端口的电压是500V,则A点电压是500MV,过量程,不显示,单片机指令模拟开关4将2V参考电压送入模拟转换器,量程扩大10倍,满度值为4V,仪表进入1000V档,此时A点输入信号为500MV,则显示为500V;若进入V/A端口的电压 为20V,则在A点的电压为20MV,欠量程,不显示,单片机指令模拟开关1接通R2关断R1,此时的分压比为1/100,参考电压仍为200MV,仪表工作在40V档,A点的测量电压变为200MV,仪表显示为20V。测量完毕,仪表仍回归400V的设定状态。当待测信号为毫伏时,点击V键,单片机关断模拟开关1,仪表不分压,仪表处于最灵敏的400MV档,用于测量毫伏级电压;此档若再点击V键,回归
400V自动档。
[0049] 电流测量
[0050] 在电流自动档,单片机指令2803接通继电器J4,仪表设置在400MA档,模拟开关2的1欧取样电阻与A点接通。若从V/A端口输入300MA电流,电流经J4在1欧电阻上产生300MV电压,经A点送入模数转换器,与档位符合,显示300.0MA;若输入为20MA,A点电压为
20MV,欠量程,不显示,单片机改变设置,接通J3[40MA档],取样电阻为10欧,再次测得A点电压为200MV,显示为20.00MA;在400MA自动档,小于000.1MA电流被视为0,若测试80uA电流,点击A键,进入4.000MA档,测量得到0.080MA;再次点击A键,进入40.00uA档,可进行微安级测量;若再次点击A键,进入20.00A档,测量时将红表笔插入“20A”插口,若不测量,再次点击A键,回归400MA自动档;在直流档,点击“AC”键,可进行交流电流测量;各档测量数据,点H键可以保持。
[0051] 电阻测量
[0052] 数字万用表以比例法测电阻,兆欧档最慢时超过10秒数据才稳定,自动换挡不可采用。本发明的电阻自动档采用电压、电流计算法。单片机将模数转换器设定在满度4.000V,模拟开关3接通10M标准电阻,2.5V标准电压加至B点(模数转换器信号输入端口)。不测量时,B点电压大于等于2.5V,仪表千位显示1,其余位消隐,待机。电阻自动档实为40M欧档。在自动档接入10M标准电阻后,接入待测电阻,则B点电压为U1,在标准电阻上产生的压降为2500MV—U1=U2。因为标准电阻都是1乘10的N次方欧,所以U2在数值上也是标准电阻中的电流值,也是待测电阻中的电流值。显然待测电阻R=U1/U2。单片机进行上述运算后即可得出测量的电阻值,反应速度小于0.1秒。接入不同的电阻,B点就有不同的电压。单片机内部进行比较判断,依电压的值分档,分别开通不同的标准电阻,再次进行测量并进行运算,就实现了电阻测量的快速换档。对于400欧以下的电阻测量,可点击K键进入快捷档。K是一只4×2带锁开关。按下K键,变成与数字万用表相同的比例法电阻测量电路。作如此设计是因为,在自动档,电路总是以10M电阻对外,内阻很高,误接电压输入不会损害仪表。400欧档则不然。比例法测量电路靠热敏电阻和9013晶体管,可有效地防护误入的高电压。这是数字万用表的成熟技术,在此不作赘述。如此设计,既快速又安全。在快捷档,默认20欧以下蜂 鸣器发声;将表笔短接,响声超过5秒即断,程序设置改为无声。
[0053] 用法简介
[0054] 开机,仪表进入时钟模式,显示温湿度和时间,此时按照面板提示通过H、L键可校时;点击M键进入多功能模式;点击A键进入三用表模式。在三用表模式,点击V、A、Ω键,直接进入该模式自动挡;在自动挡,再次点击同名键,进入该模式手动档;全程文字提示;在电压400MV档,测晶体管放大倍数;将红表笔插入LED插孔,可测试发光二极管;按灯开关,应急灯亮;事件触发脉冲从侧面板输入,并通过此板输出5伏电源及外控机电设备。
[0055] 以上是本发明的一个范例版本。产品化过程中产品可随时升级改进。所有升级改进内容都属于本发明的保护范畴。
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