基于STM32的电阻测试仪设计与实现

2020-11-20林德强张璐田高峰

装备维修技术 2020年9期

林德强张璐田高峰

摘要：设计了一种基于STM32的电阻测试仪，以高精度电流信号发生器为信号源通过待测试电阻，采用毫伏/微伏单端差分电压放大器放大待测试电阻上的信号源，放大合格倍数（电压不超过3.3V），通过STM32内置的ADC进行A/D转换，微处理进行数据处理（换算、修正、标定）变成数字量通过显示器显示电阻值，通过实验证明仪器具有较高的精度，且便于操作。

关键词：电阻测试仪;信号源;电压放大器;数据处理;标定

引言：飞机上装配的航电类产品几乎都是通过安装架交联在一起来完成特定功能，安装架内部线缆导通性的好坏直接影响产品的性能，因此，安装架内部导线阻值的好坏的修理要求检查是飞机大修中很重要的一个环节。利用开尔文4线检测（四端子检测）方法，测试精度高可以满足某型飞机安装架类产品的测试技术。

1系统组成及测试原理

1.1系统组成

如图1所示，仪器由微控制器模块、电源模块、电压放大模块、信号源模块、继电器模块、LCD显示模块、按键模块等组成。

1.2测试原理

电阻值自动测试设备通常利用开尔文4线检测（四端子检测）方法，利用恒流源提供的恒流A，通过多路继电器将恒流源切换至被测支路上，支路电阻R上产生直流电压降V，将电流和电压的电极分离，消除了引线和接触电阻的阻抗，被测电阻R=V/A，通过微处理器进行数据处理后显示电阻值，测试一条独立的支路电阻后自动切换至下一支路进行测试，直至测试完所有的独立的支路。

2系统硬件电路设计（为了能实现设备最终的测试精度，硬件设计或选择的成品电路应具备如下要求）

2.1恒流源电路

信号源采用高精度4-20mA电流信号发生器，输出电流10mA，显示精度0.01，采样电阻（即信号源的应用对象）应小于400Ω（采样电阻小于400Ω的目的是控制采样电压小于4V，以保证采样电压在电压放大器在正常的输入要求范围内）;

2.2電压模块

电压放大器选择的是AD620，AD620是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至10000，同时，AD620具有高精度毫伏/微伏单端差分电压放大器（最大非线性度40ppm、低失调电压不超过50 uV和低失调漂移最大0.6 uV /℃）。

如图所示，改变电位器 RW1的电阻值来改变AD620的1 脚和8脚之间的电阻RG，从而改变放大倍数 G，根据 AD620 控制公式，即，电路中，RW1的电阻值最大为 10kΩ，所以模块默认最小放大倍数为 6 倍左右;如果 RW1的电阻值为 50kΩ，则放大倍数为 2 倍左右。如果确定了放大倍数，建议使用固定电阻，效果更好，为了实现仪器的最终功能，输出不超出微控制器的AD采集模块的极限采集电压3.6V，放大倍数不低于250倍（确保输出电压在1V左右）;

2.3继电器模块

继电器采用光耦隔离继电器;本实施例采用43个继电器，其中14个作为前端继电器，29个作为后端继电器;每个继电器均包括COM端、常开接口端、低电平触发端及供电端;当继电器的低电平触发端接收到低电平信号时，COM端和常开接口端吸合，继电器处于闭合状态;当继电器的低电平触发端未接收到低电平信号时，COM端和常开接口端未吸合时，继电器处于断开状态;

2.4微控制器模块

所述采用STM32F103，微控制器内设有AD采集单元和控制单元，AD采集单元用于采集电压放大器的输出电压，控制单元用于控制30个继电器的通断;

2.5电源模块

5V电源模块和15V电源模块，5V电源模块和15V电源模块均采用线性直流稳压电源，其中，15V电源模块输出最大纹波系数应小于或等于2.5mV（纹波系数对后端的电压放大器模块工作的稳定性有影响）;

2.6显示器模块

LCD显示模块采用高分辨率800*480，自带驱动，无需外加驱动，微控制器可以直接使用，支持8/9/12/16位8080并口连接，设有背光亮度控制的功能;

3软件设计

由于本仪器选择了STM32微处理器，因此所有程序均用keil5平台自行设计程序，包括案件程序设计、LCD显示主程序设计、I/O口状态程序设计、汉字及字符显示程序设计、ADC采集/数据处理（修正、标定）程序设计、蜂鸣器报警程序设计、自检主程序设计和自检主程序设计等。整体路程图如图3所示：

4本设计实物图与实验结果

4.1实物图

4.2实验结果

随机测试结果如表1所示，表1中实测值为GOM804型微欧计测试结果表中实测值为本电阻检查仪实际测试结果，从表1看出，仪器精度在±2.55%的范围内，达到设计要求，经多次测试反复对比，仪器的准确度和线性度比较稳定。