专利名称：电压电流功率测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种家用电器及类似用途电器电参数(电压、电流、有功功率、功率因数)测试仪表，属电工仪表测量装置技术领域。
据了解，目前国内外测试电器电压、电流、功率、功率因数的仪表品种很多，国内外主要厂商所生产的此类仪表，几乎全采用数码管显示，当仪表功能较多时，面板按键繁多，操作复杂，不直观。而且现有大部分仪表设计为单台使用，只提供点对点的RS232通讯，不能直接提供简便的可多机通讯的RS232串行接口，这给近距离简单的多机通讯带来不便。
本实用新型目的在于克服上述缺点，提供一种功能较强，显示直观，操作方便，RS232串口多机通讯，自动调校，准确度高的智能化电压、电流、功率、功率因数测试仪。
本实用新型的目的是这样实现的。由仪表机箱，带有输入输出装置的仪表面板及后板，固定在仪表机箱内的单片机板(S-33)，变送板(S-34)，变压器板(S-31)，垂直安装在仪表面板后的显示键盘板(S-32)等组成。仪表后板装有电源插座，测试接线柱，RS232串行接口插座。单片机板装有A/D转换电路，单片机系统，键盘接口电路，显示接口电路，通讯接口电路。单片机板上的通讯接口电路装有光电隔离电路，专用电平转换芯片及二极管VD3。测试仪的变送板装有电压互感器，电流互感器，程控放大器，电压电流功率测试电路，自动调校控制电路。显示键盘板装有键盘接口电路，显示接口电路，240×64图形点阵液晶模块及6个操作按键。变压器板装有电源变压器及电源滤波电路，为单片机板，变送板及显示键盘板提供电源。测试时，样机与后板上的测试接线柱相连，被测电压及电流通过变送板上的电压、电流互感器隔离变换，经多路开关输出至程控放大器及电压电流功率测试电路。自动调校基准电路采用温漂系数低的精密稳压源及线绕电阻作基准源，接至多路开关的输入。电压电流功率测试电路的输出接至单片机板上的A/D转换电路。A/D转换电路将转换后的数字信号传送给单片机系统，单片机系统由单片机及其外围接口电路组成。单片机读取并处理A/D输出信号，通过显示接口电路将测试主菜单显示在液晶显示屏上。单片机判断电流的大小，通过自动量程控制信号控制程控放大器，进行相应的量程切换。单片机定时发送自动调校信号到多路开关，实现自动调校功能。调校时，多路开关接通自动调校基准电路与测试电路，测试时，多路开关接通电压电流互感器输出与测试电路。单片机板上的通讯接口电路与后板上的RS232串行接口插座相连，提供标准的RS232通讯口，可直接与上位机进行数据传送。仪表使用过程中所需的各种参数(报警限值，系统设置，通讯参数等)可通过键盘操作进行设置。仪表键盘经键盘接口电路与单片机系统相连。设置时，显示各设置子菜单及设置光标。
本实用新型具有以下优点1、采用了带闪存的AT89C55单片机作为仪表的核心，再配以带可编程看门狗监控EEPROM功能芯片，简化了仪表结构，增强了仪表的抗干扰能力。2、采用MAX202电平转换芯片及二极管VD3，消除多片MAX202并联对其输出端电平的影响，满足多机通讯的要求。3、采用大屏幕液晶显示屏，汉化菜单，显示直观。4、采用键盘进行功能操作及参数设置，同时在液晶屏上显示各种状态信息及参数设置信息。5、各参数分级设置，分级管理，简化操作。6、可对电压电流功率上、下限报警值设定。6、量程可自动转换。7、仪表可自动调校。8、对重要参数密码锁定。9、具有自检功能，可判断变送电路或单片机电路是否有故障，便于调试及维修。
图1为本实用新型的结构示意图(俯视图)。
图2为本实用新型的工作原理框图。
图3为本实用新型的变送电路原理图。
图4为本实用新型的单片机电路原理图。
图5为本实用新型的通讯电路原理图。
图6为本实用新型的显示键盘电路原理图。
图7为本实用新型的面板布置图。
图8为本实用新型的后板布置图。
图9为本实用新型的测试主菜单显示示意图。
图10为本实用新型的报警限值设置菜单显示示意图。
以下结合附图描述本实用新型的优选实施例。
参照图1，仪表采用320×330×100(mm)标准机箱。其中S-34为变送板，S-33为单片机板，S-31为变压器板，S-32为显示键盘板。液晶显示模块及6个输入按键固定在S-32板上并附着在薄膜面板后。后板上装有电源插座，测试接线柱及RS232串行接口插座。各线路板上及后板上的各种接口由导线联接。图2中，被测样机的电源电压(D2、D3输入)与负载电流(D1、D5输入)经变送板上的电压互感器和电流互感器变换，再经自动调校控制用多路开关切换分别与电压测试电路，功率测试电路及程控放大器相连，程控放大器的输出作为电流及功率测试电路的输入。自动调校时，多路开关接通自动调校基准电路和电压测试电路及程控放大器；测试时，多路开关接通互感器输出和电压测试电路及程控放大器。由单片机发出的自动量程控制信号控制程控放大器，使其在高低档量程时具有不同的放大倍数，满足测试准确度要求。电压、电流、功率测试电路输出分别接至A/D转换器电路输入端，A/D转换电路输出与单片机相连，单片机系统定时采集A/D转换数据并进行数据处理及数据显示。RS232串行通讯信号通过通讯接口电路与单片机相连，液晶显示模块通过显示接口电路与单片机相连，键盘信号通过键盘接口电路与单片机相连。图3中，电压电流信号经电压互感器TV及电流互感器TA接至多路开关IC1(4052)输入X3、Y3，由精密稳压管VD1(LM336)及R16～R19精密线绕电阻分压组成的自动调校基准电路分别接至IC1的X1、Y1、X2、Y2，地电压接至IC1的X0、Y0。MB、MA为自动调校控制信号。自动调零时，X0、Y0与IC1输出X、Y接通，自动校准时，X1、Y1或X2、Y2与IC1输出X、Y接通，测试时X3、Y3与IC1输出X、Y接通。IC1输出X接至程控放大器。程控放大器由运算放大器IC2(0P07)、模拟开关IC3(4051)及电阻R3～R7组成。程控放大器输出一端通过R8接至真有效值变换器IC4(AD536)，组成电流测试电路，另一端经电阻R9、R10分压后接至功率芯片IC6(VI-2)的电流输入端18。电流在高低档时程控放大器具有不同的放大倍数，MLC为量程控制端。IC1输出Y一端通过R13与真有效值变换器IC5(AD536)相连，组成电压测试电路，另一端经R11、R12分压后接至IC6(VI-2)电压输入端5。V-IN、I-IN、P-IN分别为电压、电流、功率测试电路输出端，与单片机板上A/D相连。图4中，由变送板输出的I-IN、V-IN、P-IN信号接至12位串行A/D转换芯片IC7(TLC2543)输入端，精密稳压管VD2(LM336)输出接至IC7电压参考端VREF，A/D输出经光隔IC8(TLP521-4)与单片机IC10(AT89C55)相连。由带有20K闪存的单片机AT89C55(IC10)，外扩数据存储器6264(IC14)，I/0扩展芯片8255(IC15)，带512字节EEPROM可编程看门狗监控功能的X25045芯片IC9，数据锁存器74LS373(IC12)及译码器74LS138(IC13)所构成的单片机系统是本实用新型的核心，它定时循环采集A/D的输出数据，进行处理及显示，根据数据处理结果控制量程转换，定时进行测试结果的自动调校，并随时监测键盘状态，执行相应的功能操作和参数设置。IC11(74LS00)及单片机系统部分控制信号组成液晶显示接口，与显示键盘板上的液晶显示模块相连。IC10的RXD、TXD端与通讯接口相连，实现相应的通讯电平转换。图5为单片机板上的通讯接口电路，采用IC17(MAX202)实现TTL电平与232电平的转换，为避免仪表与计算机相互影响，在单片机系统与IC17之间采用光隔IC16(TLP521-4)。为实现多机通讯，在IC17输出端T1OUT串联二极管VD3，它可消除多片MAX202并联对T1OUT端电平的影响，满足多机通讯的要求。通讯电路输入端通过光隔IC16与单片机TXD，RXD相连，输出端引线接至仪表后板上的RS232串行接口。图6中，显示键盘电路由240×64图形点阵液晶显示模块及显示接口电路，6个轻触按键开关SB0(复位键)，SB1(设置键)，SB2( 键)，SB3( 键)，SB4(|键)，SB5(锁存键)及键盘接口电路组成，显示接口及键盘接口与单片机板上的相应接口相连。图7为本实用新型面板布置图，面板左边为一块128mm×36mm(长×宽)的液晶显示屏，显示测试数据，设置数据，仪表运行状态等信息。面板右边排列着2排6个按键(每排3个)，分别为设置键， 键(增加键)， 键(减少键)，|键(右移键)，锁存键，复位键。可实现数据设置，数据锁存，仪表复位等功能。面板右下方为电源开关。图8为后板布置图，包括电源插座，保险丝座，9芯232标准接口插座，D1～D5输出接线端子。本实用新型检测过程的每个环节都是在一套设计周到，功能强大的软件指挥下完成的。仪表运行分测试及设置两个过程，上电后进行系统初始化，然后进入测试过程，实时监测输入端并在液晶显示屏上显示测试主菜单(如图9)，测试主菜单内容包括仪表运行指示(菜单左上方圆点)，电压、电流、功率、功率因数测试数据，不合格指示(指示于各测试数据后，U表示该项数据上限不合格，L表示该项数据下限不合格)，仪表测试状态指示(菜单右下方，包括锁存、报警、自检3种状态)。仪表采用开放式的用户界面，可根据测试需要设置各种参数(系统参数、各测试项上下限报警值、通讯参数、修正系数等)，通过 键、 键、|键操作及屏幕光标指示，进行参数设置。图10为报警限值设置菜单，显示屏上闪烁的光标提示用户正在对该项参数进行设置。当设置项较多时，为减化设置操作，对各设置项进行分级管理，分级操作。仪表设计时制定了标准通讯协议提供给用户使用，方便用户实现多机通讯。
权利要求1.一种用于测试家用电器和类似用途电器电参数的电压电流功率测试仪，它由仪表机箱，带有输入输出装置的仪表面板及后板，固定在仪表机箱内的变送板，单片机板，变压器板，固定在仪表面板后的显示键盘板等组成。其特征在于单片机板装有A/D转换电路，单片机系统，键盘接口电路，显示接口电路，通讯接口电路，电压电流功率测试电路输出分别接至A/D转换电路输入端，A/D转换电路输出与单片机相连，键盘接口电路，显示接口电路，通讯接口电路输出分别与单片机输入端相连。
2.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于单片机板上的通讯接口电路装有光电隔离电路，专用电平转换芯片及二极管VD3。通讯电路输入端通过光隔IC16与单片机TXD，RXD相连，输出端引线接至仪表后板上的RS232串行接口。
3.根据权利要求1、2所述的测试仪，其特征在于测试仪的变送板装有电压互感器，电流互感器，程控放大器，电压电流功率测试电路，自动调校控制电路，自动量程转换电路，互感器输入端与后板上的测试接线柱相连，其输出端经自动调校用多路开关与程控放大器及电压电流功率测试电路相连，并接至单片机板上的A/D转换电路。自动调校控制信号及量程控制信号接至单片机输出。
4.根据权利要求1、2、3所述的测试仪，其特征在于显示键盘板装有键盘接口电路，显示接口电路，240×64图形点阵液晶模块及6个操作按键，其键盘接口电路，显示接口电路分别接至单片机板上的对应接口。
专利摘要一种用于监测家用电器和类似用途电器电参数的电压电流功率测试仪。它由单片机系统,显示接口电路,键盘接口电路,通讯接口电路,数据测试转换电路,自动调校控制电路,自动量程转换电路,图形点阵液晶模块,键盘输入电路及测试软件等组成。该测试仪采用大屏幕液晶显示屏,全汉化显示测试主菜单及设置子菜单。可进行测试数据的自动调校,实现RS232多机通讯。该测试仪工作可靠,测试准确度高,操作方便,性能价格比高,适用于单台使用或出厂检测自动流水线场合。
文档编号G01R15/00GK2442278SQ0023938
公开日2001年8月8日 申请日期2000年9月7日 优先权日2000年9月7日
发明者周伶 申请人:广州擎天实业有限公司电工分公司