基于STM32智能静态阻值测量仪的设计与实现

2022-09-14蔡建义林琦刘娜娜孙鹏孙卫梁莹

电子制作 2022年17期

蔡建义，林琦，刘娜娜，孙鹏，孙卫，梁莹

（西安北方光电科技防务有限公司，陕西西安，710061）

0 引言

现代工农业自动化技术发展日新月异，例如自动控制技术具有可视化、自动化、简易化的优点，已广泛应用于各领域，特别是近年来已逐步涉及军品测量，自动化静态阻值测量系统，与传统万用表测量相比，具有测量精度高、操作简单、使用便捷的优点，适用于大批量产品测量。

针对某军品静态阻值测量效率低、操作难度大的现状，本文设计并制作了基于STM32智能静态阻值测量仪，实现产品高效测量，通过更换转接设备，测量仪可灵活应用于多型号产品电阻测量，具有测量精度高、功耗低、自动存储打印等功能，可显著提高产品测量效率，具有一般性。

1 系统总体方案

系统由STM32单片机、LT1085IM电压转换器、量程选择电路、信号选择电路、AD转换模块等5部分组成。系统原理如图1所示，系统设置轮询档位选择、精确阻值测量、结果显示，实现单路信号测量及智能化信号群一键测量功能，可通过转接器实现不同类型产品的跨区域使用，该系统具有通用性。

图1 原理框图

2 电路模块设计

■ 2.1 电源电路设计

电源电路采用LT1085IM可调稳压器，其功耗低、效率高，减小过载条件下稳压器和电源电路压力，为STM32及其它集成电路提供3.3V电压。系统中LT6658将精密基准电压源与线性稳压器的性能相结合，输出可驱动ADC和DAC的基准输入，为微控制器和其他电路供电，单路输出可利用外部电阻进行配置以提供所需电压，电源电路原理如图2所示。

图2 电源电路原理图

■ 2.2 量程选择电路模块设计

为保证系统测量电阻精度，系统设置0~200Ω、200Ω~2kΩ、2kΩ~200kΩ，200kΩ~2MΩ、2MΩ~20MΩ、大于20MΩ6个量程挡位，大于20MΩ则认为阻值无穷大，量程选择电路主要由双路8:1模拟开关ADG707BRV和6个精密参考电阻组成，被测电阻Rx通过选择开关与基准电阻串联，利用ADG707BRU内置差分放大电路，分别取基准电阻压降Vref和被测电阻压降Vx，根据串联电路电流相等原理，可得关系式：

其中：Vx被测电阻压降；Vref基准电阻压降；Ref基准电阻阻值。

量程选择开关ADG707BRV的三位二进制地址线A0、A1、A2的地址及EN使控制端由CPU完成控制，可根据当前测量的阻值自动切换量程，电路原理如图3所示。

图3 量程选择电路原理图

S1A~S6A用于量程选择，S1B~S6B用于参考电压，Vref+的取样，可确保参考电压Vref+的取样不受模拟开关导通电阻的影响，提高了测量精度，开关的选择由CPU根据三八译码实现。

■2.3 信号选择电路模块设计

信号选择电路由2组双通道16:1模拟开关组成，实现测量点正、负信号的选择，电路中该器件作为解复用器，通过SA与SB组成32路输入采样通道，其中1路输出采样通道与单片机交联，电路原理如图4所示，该电路具有低导通电阻和泄露电流的特性，开关间匹配度高，且在系统信号范围内，导通电阻曲线平滑。

图4 信号选择电路原理图

■ 2.4 AD转换电路模块设计

AD转换电路采用双极性输入的四通道低串扰多路复用器AD7682，实现参考电压Vref与测量电压Vx的采样转换。前端设计AD4897电路，静态电流为3mA，噪声2.4nV/Hz(10Hz)，

其单位增益稳定、噪声低、轨到轨输出，适用于超声、低噪声前置放大器和高性能ADC驱动器，具有出色的输出增益和相位匹配功能，满足系统设计需求，电路原理如图5所示。

图5 AD转换电路原理图

3 系统软件设计

基于STM32芯片HAL库和MFC实现系统软件设计，软件设计主要由挡位自动选择程序、电阻测量算法程序、交互界面程序等组成。挡位自动选择程序根据测定的电阻值大小自动调整测量量程。通过232通讯协议，在电阻测量模块与PC机建立联系。电阻测量算法是系统的核心部分，测量Uref和Ux电压数据，计算测量点的电阻值。交互界面实现串口选择、测量点选择以及自动测量，实时显示测量结果。软件设计流程如图6所示。