专利名称：具有线路修正功能的高精度程控电阻发生装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电阻发生装置，尤其涉及一种具有线路修正功能的 高精度程控电阻发生装置，属于高精度程控电阻发生装置的生产领域。
背景技术：
程控电阻箱是一种用于工业控制、仪器仪表、测量测控等技术领域的电 阻信号输出设备。其主要功能和一般市面上出售的普通手动电阻箱类似，即 通过固定的输出端子向外部提供所需的各种电阻值信号，以满足使用的要 求。两者不同的是普通的手动电阻箱提供电阻值信号的方式是采用人工手动 的方式设置所需的电阻值，而程控电阻箱既可采用手动方式也可采用外部计 算机以某种通信协议进行程序化控制的方式对电阻值信号进行设置并输出。 无论是手动电阻箱还是程控电阻箱，在功能上都必须能够满足对外输出一 定范围内的任意电阻值信号；在性能上应该能够使输出的电阻值信号达到设 计所预期的精度。只有同时满足功能和性能上的特定要求，才是具有实用价 值的电阻箱设备。
普通的手动旋钮式电阻箱的电阻值精度可以达到0.001Q级，其精度极 高，但由于其采用旋钮式手工操作，在以前的技术方案中无法实现程序控制， 其控制方式比较落后，尤其是在输出电阻值重复度较高的情况下显得费时费 力，不利于现代工业的快速发展。
要使普通的手动电阻箱实现程控化，其关键是要实现电阻值的输出可编 程，即在要求的电阻值范围内，可以以任意阻值输出。其设计方案只有在满 足这个功能的基础上，才能借助现代广义上的嵌入式计算机技术，例如单片 机电子线路板去具体实现。最普通也是最常见的传统方案，是采用继电器去组合不同高精密电阻器，形成某种电阻器阵列的方式实现要求范围内的各种 电阻值的组合，从而实现对各种需求的电阻值的可编程。在市面上现有的各 种类型的程控电阻设备，包括程控电阻卡、程控电阻箱几乎都采用了这样的 实现方式。采用这种方案的优点是简单易行，只要电阻器阵列设计合理，可 大大降低程控电阻设备的复杂程度。但这种方案最大的缺点是很难提高输出 电阻信号的精度，因为任意阻值的输出是由带接触电阻的继电器的通断组合 来实现的，当需要输出精度很高的电阻信号时，继电器触点的接触电阻将湮 没所组合的高精密电阻器本身的阻值。在这种方案的基础上要提高输出电阻 信号的精度，除了待组合的高精密电阻器本身精度要足够的好外，还必须要 执行组合的继电器触点电阻必须尽可能的小。然而，由于继电器本身主要的 技术指标一般都是通断电流的大小和通断次数，追求接触电阻很小的特种继 电器其品种少，而且价格昂贵，这样就大大提高了程控电阻箱的成本并降低 了其性价比。另外，由于程控电阻箱的使用必须频繁的变动其输出阻值，而 机械式的触点通断过于频繁会极大的损害继电器触点的接触电阻性能，从而 縮短程控电阻箱的使用寿命。采用这种方案实现的程控电阻设备一般只能达
到0.1Q级的电阻值精度，由于受方案缺陷所限，要进一步提高其输出精度 将非常困难并且得不偿失，所以现有的程控电阻箱的普及程度还无法提高。
发明内容
本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种兼具高精度和 自动化的具有线路修正功能的高精度程控电阻发生装置。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案
本实用新型包括一个或多个独立的电阻发生系统，每个电阻发生系统均 包括单片机控制器及其附属设备、电阻器及其附属设备，单片机控制器内嵌入有电阻输出程控程序，其创新之处在于，所述电阻器为旋钮式电阻器；所 述单片机控制器的信号输出端依次与步进电机驱动装置及控制切换装置连 接，控制切换装置设置有多个输出端，每个输出端分别与一个高精度步进电 机的信号控制端连接，每个高精度步进电机的转轴分别通过连轴器与对应的 旋钮式电阻器的波段开关轴杆连接。
通过单片机控制器，可以随心所欲地输出不同数量的步进脉冲信号，在 步进电机驱动装置的驱动作用及控制切换装置的控制作用下，此脉冲信号会 对每一个高精度步进电机的转轴的旋转角度进行精确控制，并将此精确控制 的结果通过连轴器与波段开关轴杆分别传递给电阻箱内的每一个旋钮式电 阻器，每一个电阻器代表整个电阻值的其中一位权值，这些权值被累加后即 得到所需的电阻值，最终达到输出高精度电阻的目的。
由于使用了单片机技术，通过软件程序，还可以使该电阻箱具有较广范 围内的电阻修正功能，用以克服外部导线连接产生的输入电阻误差，通过对 外部导线电阻的定标后，通过修正设置数码轮手动设定好标定误差，经过内 部程序处理，电阻箱会自动输出消除误差电阻后的电阻设定值，使最终到达 线路终端的电阻值正好为用户的要求，就更进一步地提高了实际使用的电阻 精度。
作为本实用新型的进一步改进，在连轴器与旋钮式电阻器之间还安装有 光电反馈机构，所述光电反馈机构由光栅盘和光耦组成，所述光栅盘安装在 旋钮式电阻器的波段开关轴杆上，所述光耦套装在所述光栅盘的周边部分， 所述光耦的信号输出端与所述单片机控制器的对应光耦信号输入端连接。上 述光电反馈机构能将与旋钮式电阻器的即时阻值相对应的步进电机的转轴 的位置信息采集下来并同步传递给单片机控制器，单片机控制器可以根据此信息通过步进电机对旋钮式电阻器的即时阻值迸行即时调整，以保证高精度 步进电机在设置电阻时能准确地从起始位置开始旋转，并实现了对任意电阻 的设置都能使高精度步进电机旋转到电阻器所需的准确的位置。
与所述单片机控制器的输入端连接的装置包括安装在整个电阻箱的前 面板上的电阻设置数码轮、修正设置数码轮、确认按钮和方式选择开关，电 阻设置数码轮、修正设置数码轮、确认按钮和方式选择开关的输出端分别与 所述单片机控制器的对应手动控制信号输入端连接。这样，本实用新型不仅 具有程控功能，也具有手动设置功能，通过前面板的方式选择开关可以方便 地在手动和程控方式之间切换。当选定手动方式后，首先通过电阻设置数码 轮和修正设置数码轮设定好输出电阻的阻值和修正量，然后按下确认按钮， 单片机控制器就会将运算后的电阻阻值信号传递给步进电机并通过旋钮式 电阻器输出；当选定程控方式后，只需通过修正设置数码轮设定好输出电阻 的修正量，单片机控制器就会按预先设定的方案将运算后的电阻阻值信号传 递给步进电机并通过旋钮式电阻器输出。修正设置数码轮的作用是消除外部 导线连接所产生的输入电阻误差。
为了达到高精度要求，所述控制切换装置设置有6个输出端，与这6个 输出端对应连接的旋钮式电阻器的电阻值分别对应输出电阻值的百位权值、 十位权值、个位权值、十分位权值、百分位权值和千分位权值。这样可使本 实用新型的电阻值输出精度达到0.001Q级。当然，如果要求低一点，也可 以将控制切换装置的输出端设置为5个或4个，相对应地，其电阻值输出精 度分别为0.01Q级或0. 1Q级。
本实用新型的有益效果在于-
本实用新型在传统的手动电阻箱和程控电阻箱的结构基础上，用单片机控制器控制步进电机模拟人的手动设置电阻值的方式，综合利用了两种传统 电阻箱的优点并克服了它们的不足，实现了输出电阻的高精度控制和自动化 控制，解决了传统程控电阻箱输出精度低和手动电阻箱人为误差大的问题，
真正实现了 0. 001 Q级的电阻值精度，有利于现代化工业的快速发展。
图l是本实用新型的总体框图2是本实用新型中步进电机与电阻器之间的连接结构示意图； 图3是本实用新型实施例前面板的结构示意图。
具体实施方式
下面以我公司研发的PRB-1型高精度程控电阻箱为例，并结合附图对本 实用新型作进一步具体描述
如图3所示，PRB-1型高精度程控电阻箱包括四个完全独立的电阻发生 系统(即为四通道结构)，在每个独立的电阻发生系统的前面板上均设置有 电阻设置数码轮12、修正设置数码轮18、确认按钮16和方式选择开关14， 另外还设置有运行指示灯13、故障指示灯15、复位按钮19和测试插孔17; 其中，电阻设置数码轮12、修正设置数码轮18、确认按钮16和方式选择开 关14分别与单片机控制器的对应手动控制信号输入端连接(图中不可视)。
图1和图2所示为单个独立的电阻发生系统的结构，如图1和图2所示， 每个独立的电阻发生系统均包括单片机控制器及旋钮式电阻器，单片机控制 器内嵌入有电阻输出程控程序；单片机控制器的信号输出端依次与步进电机 驱动装置及控制切换装置连接，控制切换装置设置有6个输出端；结合图1 和图2，控制切换装置的每个输出端分别与一个高精度步进电机21的信号控 制端连接，每个高精度步进电机21的转轴23分别通过连轴器25与对应的旋钮式电阻器20的波段开关轴杆26连接；如图1所示，单片机控制器还与 各手动输入端(即图3中的各面板输入装置)连接，以实现手动控制和程控 控制的转换以及各参数及各控制信号的输入。
如图1和图2所示，与控制切换装置的6个输出端对应连接的装置分别 为结构相同的6个电阻输出模块，即图2中的电阻输出模块1、电阻输出模 块2、电阻输出模块3、电阻输出模块4、电阻输出模块5、电阻输出模块6， 上述各电阻输出模块与图1中的百位电阻器、十位电阻器、个位电阻器、十 分位电阻器、百分位电阻器、千分位电阻器为一一对应关系，图1中的各电 阻器的电阻值分别对应输出电阻值的百位权值、十位权值、个位权值、十分 位权值、百分位权值和千分位权值。这样可使本实用新型的电阻值输出精度 达到O. 001 Q级。
如图1和图2所示，在连轴器25与旋钮式电阻器20之间还安装有光电 反馈机构；如图2所示，所述光电反馈机构由光栅盘29和光耦28组成，光 栅盘29安装在旋钮式电阻器20的波段开关轴杆26上，光耦28套装在光栅 盘29的周边部分，光耦28的信号输出端与单片机控制器的对应光耦信号输 入端连接(图中不可视)。上述光电反馈机构能将与旋钮式电阻器20的即时 阻值相对应的步进电机21的转轴23的位置信息采集下来并同步传递给单片 机控制器，单片机控制器可以根据此信息通过步进电机21对旋钮式电阻器 20的即时阻值进行即时调整，以保证高精度步进电机在设置电阻时能准确地 从起始位置开始旋转，并实现了对任意电阻的设置都能使高精度步进电机21 旋转到旋钮式电阻器20所需的准确的位置。图2中的22为安装面板，用于 安装各设备。
由图1和图2可知，通过单片机控制器，可以随心所欲地输出不同数量的步进脉冲信号，此脉冲信号会对每一个高精度步进电机21的转轴23的旋 转角度进行精确控制，并将此精确控制的结果通过连轴器25与波段开关轴 杆26分别传递给电阻箱内的每一个旋钮式电阻器20，每一个旋钮式电阻器 20代表整个电阻值的其中一位权值，这些权值被累加后即得到所需的电阻 值，最终达到输出高精度电阻的目的。
如图3所示，PRB-1型高精度程控电阻箱不仅具有程控功能，也具有手 动设置功能，通过前面板的方式选择开关14可以方便地在手动和程控方式 之间切换。当选定手动方式后，首先通过电阻设置数码轮12和修正设置数 码轮18设定好输出电阻的阻值和修正量，然后按下确认按钮16，结合图2 和图3，单片机控制器就会将运算后的电阻阻值信号传递给步进电机21并通 过旋钮式电阻器20输出；当选定程控方式后，只需通过修正设置数码轮18 设定好输出电阻的修正量，单片机控制器就会按预先设定的方案将运算后的 电阻阻值信号传递给步进电机21并通过旋钮式电阻器20输出。修正设置数 码轮18的作用是消除外部导线连接所产生的输入电阻误差。PRB-1型高精度 程控电阻箱可以同时程控或手动输出四路O——999. 999Q的电阻，每路的控 制精度都可以达到O. 001 Q级。
结合图1、图2和图3，电阻修正功能的实现方式是通过对外部导线 电阻的定标后，通过修正设置数码轮18手动设定好标定误差，经过单片机 控制器的内部程序处理，旋钮式电阻器20会自动输出消除误差电阻后的电 阻设定值，使最终到达线路终端的电阻值正好为用户的要求，所以更进一步 地提高了实际使用的电阻精度。
权利要求1、一种具有线路修正功能的高精度程控电阻发生装置，包括一个或多个独立的电阻发生系统，每个电阻发生系统均包括单片机控制器及其附属设备、电阻器及其附属设备，单片机控制器内嵌入有电阻输出程控程序，其特征在于所述电阻器为旋钮式电阻器；所述单片机控制器的信号输出端依次与步进电机驱动装置及控制切换装置连接，控制切换装置设置有多个输出端，每个输出端分别与一个高精度步进电机的信号控制端连接，每个高精度步进电机的转轴分别通过连轴器与对应的旋钮式电阻器的波段开关轴杆连接。
2、 根据权利要求1所述的具有线路修正功能的高精度程控电阻发生装置， 其特征在于在连轴器与旋钮式电阻器之间还安装有光电反馈机构，所 述光电反馈机构由光栅盘和光耦组成，所述光栅盘安装在旋钮式电阻器 的波段开关轴杆上，所述光耦套装在所述光栅盘的周边部分，所述光耦 的信号输出端与所述单片机控制器的对应光耦信号输入端连接。
3、 根据权利要求1或2所述的具有线路修正功能的高精度程控电阻发生装 置，其特征在于与所述单片机控制器的输入端连接的装置包括安装在 整个电阻箱的前面板上的电阻设置数码轮、修正设置数码轮、确认按钮 和方式选择开关，电阻设置数码轮、修正设置数码轮、确认按钮和方式 选择开关的输出端分别与所述单片机控制器的对应手动控制信号输入 端连接。
4、 根据权利要求1所述的具有线路修正功能的高精度程控电阻发生装置， 其特征在于所述控制切换装置设置有6个输出端，与这6个输出端对 应连接的旋钮式电阻器的电阻值分别对应输出电阻值的百位权值、十位 权值、个位权值、十分位权值、百分位权值和千分位权值。
专利摘要本实用新型公开了一种具有线路修正功能的高精度程控电阻发生装置，包括一个或多个独立的电阻发生系统，每个电阻发生系统的电阻器均为旋钮式电阻器；单片机控制器的信号输出端依次与步进电机驱动装置及控制切换装置连接，控制切换装置设置有多个输出端，每个输出端分别与一个高精度步进电机的信号控制端连接，每个高精度步进电机的转轴分别通过连轴器与对应的旋钮式电阻器的波段开关轴杆连接。本实用新型用单片机控制器控制步进电机模拟人的手动设置电阻值的方式，实现了输出电阻的高精度控制和自动化控制，解决了传统程控电阻箱输出精度低和手动电阻箱人为误差大的问题。
文档编号G05B19/042GK201233516SQ200820064068
公开日2009年5月6日 申请日期2008年7月2日 优先权日2008年7月2日
发明者张立家, 晟 杜, 凡 陈, 渝 陈, 涛 高 申请人:成都思泰航空科技有限责任公司