一种新型多功能电参数测试仪的制作方法
【专利说明】一种新型多功能电参数测试仪 【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测试仪，具体涉及一种新型多功能电参数测试仪。 【【背景技术】】
[0002] 目前各高等院校校电工实验室所用电参数测试仪表都是功能单一的分体式模拟 表或数字表，这些仪表对我国高等教育人才培养做出了突出贡献，但其在使用中去存在许 多不足，主要表现在以下几点：
[0003] 1功能单一、集成化程度不高、设备管理混乱:为了满足《电工电子学》、《电力电子》 以及《电机学》等实验课程需要，实验室需要配置直流电压表、直流电流表、交流电压表、交 流电流表、单相功率表、功率因数表等至少6种仪表，从而使得实验设备管理账目管理复杂、 混乱；
[0004] 2学生实验时所用仪表数量较多、接线复杂、故障百出：例如学生做日光灯功率因 素补偿实验时，需要交流电压表、交流电流表、功率表和功率因素表，使得接线复杂、容易出 现故障；
[0005] 3实验线路复杂、实验效率低下：由于实验所用仪表种类、数量较多，从而使得线路 复杂，学生做实验一半的时间都花在线路连接上，很少多余的时间去研究实验现象。 【
【发明内容】
】
[0006 ]针对上述问题，本发明提供一种新型多功能电参数测试仪，将流电压表、直流电流 表、交流电压表、交流电流表等设为一体，解决了实验设备管理账目管理复杂、混乱的问题， 在使用时，只需将相应的端子接入，即可由表盘读出相应的数据，节约了时间，使学生有更 多的时间去研究实验对象，同时简化了线路，不会因为接线复杂而出现测试故障的问题。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的，提供一种新型多功能电参数测试仪，包括：
[0008] 直流电压输入端子、直流电流输入端子、第一交流电压输入端子、第一交流电流输 入端子、第二交流电压输入端子、第二交流电流输入端子。
[0009] 并联于直流电压输入端子、直流电流输入端子、第一交流电压输入端子、第一交流 电流输入端子、第二交流电压输入端子、第二交流电流输入端子输出端的单片机，该单片机 输入端与直流电压输入端子、直流电流输入端子、第一交流电压输入端子、第一交流电流输 入端子、第二交流电压输入端子、第二交流电流输入端子之间分别串联有信号调理电路，所 述直流电压输入端子、直流电流输入端子与信号调理电路之间分别串联有信号隔离电路， 该信号隔离电路与取样电阻并联于电流输入端子上，所述第一交流电压输入端子、第二交 流电压输入端子与信号调理电路之间分别串联有电压互感器，所述第一交流电流输入端 子、第二交流电流输入端子与信号处理电路之间分别串联有电流互感器。
[0010] 分别并联于单片机对应输出端、且设于同一面板上的直流电压表、直流电流表、交 流电压表、交流电流表、多功能电参数测试仪，所述多功能电参数测试仪上设有分别显示电 压、电流、功率因数、功率的显示屏。
[0011] 特别的，所述单片机选用工作功率为168MHZ的STM32F407单片机。
[0012] 特别的，所述单片机内部设有用于采集信号并将采集信号转换成相应数据的ADR 换器、用于存储AD转换器转换数据的至少两个数据缓冲模块、用于对存储数据进行计算的 电参数计算模块，用于控制AD转换器、数据缓冲模块、电参数计算模块工作的CPU逻辑控制 单元。
[0013] 所述AD转换器与数据存储器之间设有DMA控制器。
[0014] 特别的，所述直流电压表、直流电流表、交流电压表、交流电流表以及上电参数的 显示分别采用4位数码管显示，所述多功能电参数测试仪上电压、电流、功率的显示分别采 用4位数码管显示。
[0015] 特别的，所述直流电压输入端子、直流电流输入端子、第一交流电压输入端子、第 一交流电流输入端子、第二交流电压输入端子、第二交流电流输入端子分别为带绝缘保护 套的橡胶插座。
[0016] 特别的，所述信号调理电路与单片机之间设有保险管。
[0017] 相较于现有技术，本发明提供的一种新型多功能电参数测试仪，能同时测量1路直 流电压、1路直流电流、2路交流电压、2路交流电路、1路功率和功率因素等多个电参数;该测 试仪具有如下优点：采用带绝缘护套的橡胶插座作为仪表输入端子，使得实验危险性大大 降低;在每个输入通道上增加可熔断保险管来保护仪表，防止学生误操作时仪表损坏;仪表 内部各功能单元采用隔离电源进行隔离供电，保证了仪表工作的可靠性;仪表输入信号均 采取了线性隔离措施，保证了实验精度;仪表根据测量参数自动切换档位，降低了操作难 度;采用单片机内置AD转换器采集外部信号，其采样频率可以很高，因此被测信号的频带较 宽；参数计算部分由软件实现，只需一套电源为仪表供电即可，因此成本较低;输入信号均 采用隔离技术，如果被测线路出现短路等现象，不会损坏仪表，可靠性较高；大部分功能由 单片机软件来实现，因此测试仪需要改变功能时，只需从新编写单片机程序即可满足要求。 【【附图说明】】
[0018] 图1为本发明一种新型多功能电参数测试仪的电路原理框图；
[0019] 图2为本发明一种新型多功能电参数测试仪的面板结构示意图；
[0020] 图3为本发明一种新型多功能电参数测试仪中单片机的结构框图。 【【具体实施方式】】
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进 一步详细说明。
[0022] 本发明提供的新型多功能电参数测试仪利用高性能单片机及其内部集成的高速 AD转换器同时采集6路模拟信号，并在CPU内部利用FFT算法实现各种参数的运算，同时将运 算结果显示在相应的区域。请参阅图1-图3,本发明提供的一种新型多功能电参数测试仪， 包括：
[0023] 直流电压输入端子1、直流电流输入端子2、第一交流电压输入端子3、第一交流电 流输入端子4、第二交流电压输入端子5、第二交流电流输入端子6。
[0024] 并联于直流电压输入端子1、直流电流输入端子2、第一交流电压输入端子3、第一 交流电流输入端子4、第二交流电压输入端子5、第二交流电流输入端子6输出端的单片机7， 该单片机7输入端与直流电压输入端子1、直流电流输入端子2、第一交流电压输入端子3、第 一交流电流输入端子4、第二交流电压输入端子5、第二交流电流输入端子6之间分别串联有 信号调理电路8,所述直流电压输入端子1、直流电流输入端子2与信号调理电路8之间分别 串联有信号隔离电路9,该信号隔离电路9与取样电阻10并联于直流电流输入端子2上，所述 第一交流电压输入端子3、第二交流电压输入端子5与信号调理电路8之间分别串联有电压 互感器11，所述第一交流电流输入端子4、第二交流电流输入端子6与信号处理电路之间分 别串联有电流互感器12。
[0025]分别并联于单片机7对应输出端、且设于同一面板上的直流电压表13、直流电流表 14、交流电压表15、交流电流表16、多功能电参数测试仪17,所述多功能电参数测试仪17上 设有分别显示电压、电流、功率因数、功率的显示屏18。
[0026] 特别的，所述单片机7选用工作功率为168MHZ的STM32F407单片机。
[0027] 特别的，所述单片机7内部设有用于采集信号并将采集信号转换成相应数据的AD 转换器71、用于存储AD转换器71转换数据的至少两个数据缓冲模块72、用于对存储数据进 行计算的电参数计算模块73，用于控制AD转换器71、数据缓冲模块72、电参数计算模块73工 作的CPU逻辑控制单元74;STM32F407单片机内部AD转换器71和数据缓冲模块72(SDRAM)之 间设有DMA控制器75，AD转换器71-旦开启，每当AD转换器71采集完一次数据后，直接由硬 件将AD转换器71转换结果传至数据缓冲模块72内部，无需CPU逻辑控制单元74的干预，CPU 逻辑控制单元74将大部分时间留给电参数计算模块73,极大地满足测量需求、同时提高了 系统的可靠性，防止突变信号被遗漏；图2中CT1为CPU逻辑控制单元向AD转换器发出的转换 启动、停止信号；CT2为CPU逻辑控制单元向DMA控制器发出的数据缓冲选择信号；INT为DMA 控制器向CPU逻辑控制单元发出的中断信号;CT3为CPU逻辑控制单元向电参数计算模块发 出的控制命令;于工作时，CPU逻辑控制单元通过CT2向DMA控制器75发出命令、并设置数据 缓冲模块72首地址和缓冲大小，然后通过CT1开启AD转换器71采集，当AD转换器71采集完一 次参数后主动将转换结果存放至由DMA控制器75指定的数据缓冲模块72,并将目的地址加 1，以此循环；当某个数据缓冲模块72存满数据后，DMA控制器75向CPU逻辑控制单元74产生 一个中断信号，CPU逻辑控制单元7位即进入中断服务程序，并通过CT3向电参数计算模块 73发出启动计算命令和数据源地址、同时通过CT2向DMA控制器75发出命令切换数据缓冲。
[0028] 特别的，所述直流电压表13、直流电流表14、交流电压表15、交流电流表16以及上 电参数的显示分别采用4位数码管显示，所述多功能电参数测试仪上电压、电流、功率的显 示分别采用4位数码管显示，如此可将电参数数据显示精确到小数点后一位，提高了测试精 度。
[0029] 特别的，接线端子一般采用金属头外露的U型插进行线路连接，学生实验时很容易 触电，因此所述直流电压输入端子1、直流电流输入端子2、第一交流电压输入端子3、第一交 流电流输入端子4、第二交流电压输入端子5、第二交流电流输入端子6分别为带绝缘保护套 的橡胶插座，如此使得实验危险性大大降低，提高了该新型多功能测试仪的安全性。
[0030] 特别的，由于学生均在学习阶段，在实验时，很容易接错线路，一旦接错线路就会 导致测试仪烧糊，因此所述信号调理电路8与单片机7之间设有保险管（图中未绘示），在每 个线路输入通道上设置可熔断保险管来保护直流电压表13、直流电流表14、交流电压表15、 交流电流表16仪表、多功能电参数测试仪