专利名称：多通道管道交直流干扰测量装置的制作方法
技术领域：
本发明创造是用于对埋地管道的交流或直流杂散电流干扰进行测量，本发明创造是对埋地管道交直流干扰测量装置的改进。
背景技术：
埋地管道运输是我国五大运输体系之一，担负着各种工业和民用介质的输送任务，是国民经济发展的重要生命线。管道周围及附近的各种高低压输电线路，电气化铁路以及工厂的大型用电设备等均会产生不同程度的交流或直流杂散电流。杂散电流对埋地管道的危害极大，不仅对管道会产生干扰腐蚀，缩短管道的使用寿命，而且会在管道上产生较高的干扰电压，严重威胁管道设备和操作人员的安全。所以为保障管道长期安全运行，必须进行有效的交直流杂散电流干扰腐蚀状况(以下简称直流干扰状况)检测并采取相应的防干扰措施。
管道交直流干扰状况检测不同于一般的防腐检测，其不仅要求多点同步测试(即要求同一干扰管段的各个测试点要同时开始测试)，典型测试点要进行24小时连续测试，而且要求对同一测试点要同步测试几项参数。由于过去没有用于这种测试的专用仪器，所以只能采用一些通用仪器(如数字万用表、记录仪等)进行测试。采用这些通用仪器测试往往很难达到上述对检测的要求，并且还存在读数取样间隔时间长，人工操作误差大，现场操作复杂且工作量大，测得的数据处理困难等缺点，测试工作效率很低。近年来，国内一些单位为测试工作需要开发了几种杂散电流测试仪器，其原理均为以一片单片机为核心，由模数转换电路、数据存储电路和显示电路构成，可以实现数据的自动采集和存储，部分解决了上述采用通用仪器进行交直流干扰状况检测存在的问题，但还存在下列缺点①一台仪器只能同时测量一种参数，如果要在一个地点同时测量多种参数，势必要使用多台仪器才能实现，这样，相关联的几种参数很难做到精确同步测试；②仪器的数据存储量小(最多仅可达到一种参数连续测量存储24～36小时)，难以满足更长时间的测量存储要求；③仪器与微机之间的通信采用RS-232接口，数据传输速度慢，会占用大量现场测试时间用于数据的传输；④仪器校准时必须打开仪器外壳，通过人工调整元件参数才能实现，增加了操作的工作量和难度；⑤由于干扰测量的对象数据变动范围较大，要求仪器能在较大数据范围内均提供较高的准确度。但这些仪器由于没有自动量程，难以满足这一要求。
发明内容
本发明创造的目的是提供一种实现多通道精确同步、大容量数据存储、高速传输以及自动量程选择和通道独立工作的多通道管道交直流干扰测量装置；本发明创造的目的是通过下述技术方案实现的多通道管道交直流干扰测量装置，由三个通道单元电路、主控单元电路、电源及键盘单元电路、时钟单元电路、显示单元电路构成，三个通道单元电路信号输出端分别与主控单元电路连接，主控单元电路信号输出端与显示单元电路连接，电源及键盘单元电路信号输出端分别与主控单元电路、显示单元电路、时钟单元电路、三个通道单元电路连接，时钟单元电路信号输出端分别与主控单元电路及三个通道单元电路连接。
通道单元电路由通道控制芯片、A/D转换器、通道隔离电路、信号采集电路构成；信号采集电路由分压电路、放大电路、AC/DC转换电路、AC/DC选择电子开关、量程自动选择开关构成；AC/DC转换电路由AC/DC转换器及其与电容C9、C10、C11构成真有效值电路构成；分压电路由R1、R2、R3构成；放大电路采用缓冲放大器；通道隔离电路由六个高速光电耦合器构成；分压电路中电阻R1与R2之间的连接线与量程自动选择开关的脚1连接，电阻R2与R3之间的连接线与量程自动选择开关的脚2、5连接，缓冲放大器输出端与量程自动选择开关的脚11、12、14连接，放大电路中电阻R7、R8之间的连接线与量程自动选择开关脚15连接，量程自动选择开关输出端脚3与AC/DC选择电子开关的脚1、12连接，经电阻R13与AC/DC转换器的脚2连接，电容C11负极与AC/DC选择电子开关脚4、11连接，AC/DC选择电子开关脚3、13经电阻R10、电容C2与A/D转换器脚2、5连接，经电阻R10、R11与A/D转换器脚4连接，通道控制芯片与A/D转换器之间由数据传递线连接，通道控制芯片脚11、12输出端与主控单元电路中主控芯片脚9、8连接，通道隔离电路中的A-SCK、B-SCL、C-SCK与通道控制芯片脚1连接，通道隔离电路中的A-SDA、B-SDA、C-SDA与通道控制芯片脚18连接，通道隔离电路中00-SDA与通道控制芯片脚11连接，通道隔离电路中00-SCK与通道控制芯片脚13连接。
主控单元电路由主控芯片、存储芯片、通信接口芯片构成；主控芯片脚2、3、24～28分别与存储芯片脚4、24、7、6、5、25、23连接，主控芯片脚4、14、18、19、33、43～36、23、24分别与通信接口芯片脚27、1、3、4、2、15～22、9、8连接，主控芯片脚15与电源及键盘单元电路中电源及键盘管理芯片脚28连接，脚16与时钟单元电路中同步信号整形放大器上脚13连接，主控芯片脚8、9与显示单元电路脚11、10连接。
电源及键盘单元电路由工作电源电路、电源及键盘管理芯片、低电压检测电路、主电源控制电路、三个通道电源控制电路、显示电源控制电路构成；低电压检测电路由低电压检测芯片、电阻DR7、DR8、DR9、DR10、DR11、DR12、DR13、电容DC6、DC7构成，低电压检测芯片脚4与脚5、6之间连接电阻DR7，脚2与脚7、8之间连接电阻DR9、脚2与脚16之间连接电阻DR8，脚7、8与脚15之间连接DR10，脚15与脚3之间串接电阻DR11、DR12，脚3与脚7、8之间连接电阻DR13；三个通道电源控制电路，显示电源控制电路，主电源控制电路结构相同，每一个电路由二个三极管NPN、PNP、三个电阻、二个电解电容构成；依主电源控制电路为例，其中一个三极管PQ1基极接电阻PR1，发射极接地，集电极经电阻PR3与另一个三极管PQ2基极连接，基极经另一个电阻PR2与发射极连接，集电极连接一个电阻PR4，在三极管PQ2的发射极及集电极上分别连接电容PC1、PC2，并接地，主电源控制电路中电阻PR1与电源及键盘管理芯片脚18连接，三个通道电源控制电路中的电阻AR1、BR1、CR1分别与电源及键盘管理芯片脚4、17、5连接，显示电源控制电路中电阻LR1与电源及键盘管理芯片脚1连接，电源及键盘管理芯片脚13～15、2分别与低电压检测芯片脚11～13、10连接，电源及键盘管理芯片脚8、9、3、19、21～26与键盘连接，工作电源电路采用三端集成稳压外接滤波电路构成；电源及键盘单元电路经电源及键盘管理芯片脚11、12经主控芯片脚9、8与主控单元电路连接，经通道控制芯片脚11、12与三个通道单元电路连接。
时钟单元电路由时钟芯片、关机备用电池供电电路、内部总线及中断源上拉电阻OR1、OR2、OR3、同步信号整形放大电路构成；关机备用电池供电电路由三个二极管OD1、OD2、OD3及二个电容OC2、OC3、一个电池构成，二极管OD1、OD2正极接电源，二极管OD2负极接二极管OD3、电池正极，二极管OD1、OD3负极与电容OC2、OC3连接在时钟芯片脚8上，电容OC2、OC3电池接地，上拉电阻OR2、OR3分别接在电源与时钟芯片脚6、5之间，时钟芯片脚5、6与电源及键盘单元电路中电源及键盘管理芯片脚11、12连接，上拉电阻OR1与时钟芯片脚3与电源及键盘管理芯片脚10连接，时钟芯片脚7与同步信号整形放大器的反相器脚1连接，反相器脚4、6、8分别与三个通道单元电路中通道控制芯片脚10连接，在同步信号整形放大器的脚2、13之间外接电阻OR4，在脚10外串接电阻OR5，脚13与主控单元电路中主控芯片脚16连接。
显示单元电路由显示驱动芯片和液晶显示器组成，显示驱动芯片脚10、11与电源及键盘单元电路中电源及键盘管理芯片脚11、12连接，显示驱动芯片脚2～7、25～64通过传输总线与主控单元电路的主控芯片相连。
本发明创造的优点本装置由主控单元电路、三个通道单元电路、电源及键盘单元电路、时钟单元电路、显示单元电路五个单元电路构成，并在主控单元电路、三个通道单元电路、电源及键盘单元电路中共采用了五片单片机，由于在五片单片机的管理下，本装置内部数据通信速度大大提高，同时本装置采用通用串行总线接口，实现了数据快速下载传输，其通信速度可达21KB/S，是以往仪器通信速度的6倍；本装置由于采用了三个通道单元电路，每个通道单元电路具有直流、交流和闭合三种状态(可以任意设定)，因此可以测量管道自然干扰电位，阳极保护电位、交流干扰电位、杂散电流方向和电位梯度等多种通道交直流干扰状况技术参数，并在时钟单元电路作用下，实现了同时对三种参数连续64小时的测量，实现了多通道对相关联的几种参数精确同步测量，同步误差小于20ms；在主控单元电路中，采用了存储量大的型号为KC5816的闪速存储器，该存储器具有2M×8bit数据存储空间，数据存储量大，可存储三个通道单元电路连续采集64个小时的数据；在通道单元电路中采用了量程自动选择开关电路，满足了数据大范围变动时对测量数据准确度的要求；在通道单元电路与主控单元电路间连接通道隔离电路，各通道具有独立工作功能；本装置内主控芯片接收到PC机程序发出的设置指令对时钟校准、设置开始和结束数据存储时间及设置通道工作状态的操作，不必通过人工调整元件参数，校准操作简便，快速，可靠性高；由于本装置研究成功为管道干扰测量提供了一种先进的智能检测装置，显著提高对管道干扰测量的准确性，有效性和工作效率，为对管道防干扰采取措施提供了技术依据。
本发明创造的工作过程电源及键盘单元电路负责三个通道单元电路，主控单元电路、时钟单元电路、显示单元电路的电源的开、关管理，并负责对键盘操作的管理及各单元电路的电源电压的监测，当开始工作时，该单元电路向三个通道单元电路、主控单元电路、时钟单元电路，显示单元电路发出指令信号；时钟单元电路提供时钟信号给主控单元电路，并提供同步脉冲信号给三个通道单元电路中的单片机，各通道单元电路根据此脉冲信号同步进行数据采集操作；三个通道单元电路负责采集管道上的交直流干扰的杂散电流数据信号，并进行处理、A/D转换及量程选择后输入主控单元电路；主控单元电路接到数据信号后进行处理，并写入存储器，同时驱动显示单元电路将数据显示出来，当需要与PC机进行通信时，主控单元控制传输总线的接口，进行该装置与PC机之间的通信操作。
图1是多通道管道交直流干扰测量装置的电路方框图；图2是多通道管道交直流干扰测量装置中的通道单元电路图；图3是多通道管道交直流干扰测量装置中的通道隔离电路图；图4是多通道管道交直流干扰测量装置中的主控单元电路图；图5是主控单元电路中的通用接口芯片电路图；图6是多通道管道交直流干扰测量装置中电源及键盘单元电路中的键盘单元电路图；图7是多通道管道交直流干扰测量装置中电源及键盘单元电路中工作电源电路图；图8是多通道管道交直流干扰测量装置中的时钟单元电路图；图9是多通道管道交直流干扰测量装置中显示单元电路图显示驱动芯片电路图。
具体实施方式
多通道管道交直流干扰测量装置由三个通道单元电路、主控单元电路、电源及键盘单元电路、时钟单元电路、显示单元电路构成如图1所示；主控单元电路、三个通道单元电路、电源及键盘单元电路各采用了一个单片机；电源及键盘单元电路分别与主控单元电路、三个通道单元电路、时钟单元电路、显示单元电路连接，即电源及键盘单元电路中的电源及键盘管理芯片脚11、12分别与主控单元电路中的主控芯片脚9、8连接，与三个通道单元电路中的通道控制芯片脚11、12连接，与时钟单元电路中的时钟芯片脚5、6连接，与显示单元电路中的显示驱动芯片脚10、11连接，传输数据信号；电源及键盘单元电路中的主电源控制电路MD+5V输出端与主控单元电路中的主控芯片中MD+5V端连接，A通道电源控制电路中TAD+5V、TA+5V点、B通道电源控制电路中TBD+5V、TBA+5V点、C通道电源控制电路中DSP+5V分别与三个通道电源电路中的相应点连接，提供或截止电源，显示电源控制电路的TCD+5V、TCA+5V端与显示单元电路中相应点连接；三个通道单元电路中的通道控制芯片脚11、12与主控单元电路中主控芯片脚9、8连接，将采集到的数据信号，经处理，A/D转换及量程选择后传输给主控单元电路，主控芯片脚9、8与显示单元电路中显示驱动芯片脚10、11连接，将数据信号输入显示单元电路；时钟单元电路中的时钟芯片脚5、6分别与主控单元电路中的主控芯片脚9、8和三个通道单元电路中的通道控制芯片脚11、12连接，传输数据信号，时钟独立驱动的通道同步信号输出端分别与主控芯片脚16、三个通道控制芯片脚10连接，实现三个通道单元电路同步检测，主控单元电路中通用接口芯片电路中接口芯片脚10、11与传输总线接口连接，通过传输总线将数据信号传给PC机。
电源及键盘单元电路由电源及键盘管理芯片、低电压检测电路、主电源控制电路、三个通道电源控制电路、显示电源控制电路、工作电源电路构成；如图6、7所示；本单元电路负责键盘管理，三个通道电源管理和电源低电压检测；电源及键盘管理芯片DIC2采用P89LPC932单片机；低电压检测电路由低电压检测芯片DIC3、电阻DR7、DR8、DR9、DR10、DR11、DR12、DR13、电容DC6、DC7构成，低电压检测芯片脚4与脚5、6之间连接电阻DR7，脚2与脚7、8之间连接电阻DR9、脚2与脚16之间连接电阻DR8，脚16与脚1之间接电容OC7，脚7、8与脚15之间连接DR10，脚15与脚3之间串接电阻DR11、DR12，脚3与脚7、8之间连接电阻DR13；在脚11～14分别接电阻DR5、DR4、DR3、DR1，并与电阻DR1串接到脚14上，低电压检测芯片DIC3采用LB1405芯片；电源及键盘管理芯片DIC2脚18、4、17、5、1分别与主电源控制电路中PR1连接，与三个通道电源控制电路中AR1、BR1、CR1连接，与显示电源控制电路中LR1连接，组成电源开关电路；三个通道电源控制电路，显示电源控制电路，主电源控制电路结构相同，每一个电路由二个三极管、四个电阻、二个电容构成；依主电源控制电路为例，其中一个三极管PQ1采用NPN型，基极接电阻PR1，发射极接地，集电极经电阻PR3与另一个三极管PQ2基极连接，基极经另一个电阻PR2与发射极连接，集电极连接一个电阻PR4，在三极管PQ2采用PNP型的发射极及集电极上分别连接电容PC1、PC2，并接地，主电源控制电路中电阻PR1与电源及键盘管理芯片脚18连接，三个通道电源控制电路中的电阻AR1、BR1、CR1分别与电源及键盘管理芯片脚4、17、5连接，显示电源控制电路中电阻LR1与电源及键盘管理芯片脚1连接，电源及键盘管理芯片脚13～15、2分别与低电压检测芯片脚11～13、10连接，电源及键盘管理芯片脚8、9、3、19、21～26与键盘连接，键盘采用行列式动态扫描键盘电路，电源及键盘管理芯片脚3、19、21～26为行输出，脚8、9为列输出，本装置就具有2×8＝16操作按键，完成各项功能。DIC2在传输总线传来的信号控制下，依指令打开或关闭相应功能块的工作电源。即主控单元电路来自于主控芯片脚18，收到一高电平/低电平后，电阻PR4右端得到+5V或失去+5V电压；显示电源控制电路由电源及键盘管理芯片脚1发出类似信号；三个通道电源控制电路分别由电源及键盘管理芯片脚4、17、5发出通电和断电信号，也分别由三个通道电源控制电路的TAD和TA端、TBD和TBA端、DSP端与图2所示通道单元线路中所示的对应点连接，并向图2所示的通道单元提供或截止电源。对于显示电源控制电路，在DIC2接收到键盘指令中的显示指令时，一方面，其脚1输出高电平，打开显示电源，一方面，键盘的状态信号通过总线送到主控单元，再由主控单元把显示开的标志通过总线送至显示单元电路显示出来。因显示消耗电流很大，所以在打开背光5秒钟后，DIC2会自动关闭显示电源，此时电源及键盘管理芯片脚17输出低电平，背光电源断开，同时，信号通过总线传输给主控单元，关闭液晶显示器的显示指示符，低电压检测电路从工作电源电路如图7所示的BAT+端取一采样电源值，在从DR1～DR5端进行线路电压检测取样，两者比对判断，发出比对结果发回本单元管理芯片。其它电源管理部分与显示控制方式相比，只是不会自动延时关闭，而是依键盘设定或程序设定的开、关机时间来控制各部分工作电源的开、关。工作电源电路如图7所示，电源开关S1、型号为7805的三端集成稳压器DIC1、电容DC1、DC2、DC3、DC4，电阻DR6构成，四个电容组成∏型滤波电路，12V的直流电源经S1送入DIC1，由DIC1输出5V的直流稳压电压，作为本装置整机电路的工作电压，四个电容为电源滤波电容器，提高电源的稳定性以及抗干扰能力。键盘单元电路中低电压检测电路中电阻DR7、DR9与工作电源电路中BAT+点连接。
时钟单元电路由时钟芯片OIC1、关机备用电池供电电路、内部总线及中断源上拉电阻OR1、OR2、OR3、同步信号整形放大电路构成，如图8所示，它的作用是提供实时时钟信号和各通道同步工作的基准信号；时钟芯片OIC1采用PCF8563；关机备用电池供电电路由三个二极管OD1、OD2、OD3及二个电容OC2、OC3、一个电池构成，二极管OD1、OD2正极接电源，二极管OD2负极接二极管OD3、电池正极，二极管OD1、OD3负极与电容OC2、OC3连接在时钟芯片脚8上，电容OC2、OC3电池接地，上拉电阻OR2、OR3分别接在电源与时钟芯片脚6、5之间，时钟芯片脚5、6与电源及键盘单元电路中电源及键盘管理芯片脚11、12连接，上拉电阻OR1与时钟芯片脚3与电源及键盘管理芯片脚10连接，时钟芯片脚7与同步信号整形放大器的反相器脚1连接，反相器脚4、6、8分别与三个通道单元电路中通道控制芯片脚10连接，在同步信号整形放大器的脚2、13之间外接电阻OR4，在脚10外串接电阻OR5及二极发光管OD4，脚13与主控单元电路中主控芯片脚16连接。在时钟芯片脚1、2间接晶振元件OTX1，在脚1接微调电容，在电源与关机备用电池供电电路输入点之间连接滤波电路。时钟芯片OIC1、PCF8563与频率为32768Hz的晶振元件OTX1构成实时时钟电路，为本装置提供高精度的实时时钟信号及时钟数据，OIC1的可编程输出端即脚7，固定输出1Hz的方波信号，该方波信号经由型号74HC04反相器组成的同步信号整形放大OIC2-A进行放大整形后，分别由三个反相器OIC2-B、OIC2-C、OIC2-D同步输出，给三个通道单元电路同步工作的基准信号。同时，另一路经由反相器OIC2-E放大后直接驱动发光二极管指示工作状态，该OIC2-A至OIC2-F提供并完成三个通道单元电路同步工作的基准信号，即由脚4、6、8输入三个通道单元电路中通道控制芯片脚10，关机备用电池供电电路，用以在工作电源电路关闭时，提供时钟芯片OIC1的工作电源，确保OIC1的定时不受中断。当本装置整机工作时，由工作电源电路提供的5V电源一路由OD1向OIC1的脚8提供工作电源，另一路由OD2向电池充电，当工作电源电路关闭时，5V电源消失，OD1、OD2截止，OD3导通，电池电压通过OD3向时钟芯片OIC1供电，由于OIC1的功耗很小，所以，这个备用电池几乎可以不用更换。电容OC5、OC6作为滤波电容，OR2、OR3为总线的上拉电阻，OR1为时钟中断输出线上抗拉电阻，电容OC1主要作用是为了微调晶振频率，确保本装置时钟的精确性和一致性，同时管脚5、6接受来自主控单元电路的SDA及SCL信号。
通道单元电路本装置装有三个通道单元电路，其结构相同，每一个通道单元电路由通道控制芯片IC1、A/D转换器IC2、通道隔离电路、信号采集电路构成，如图2、3所示，通道控制芯片IC1采用型号P89LPC932单片机，信号采集电路由分压电路、放大电路、AC/DC转换电路、AC/DC选择电子开关U2构成；AC/DC转换电路由AC/DC转换器U9及转换器与电容C9、C10、C11构成真有效值电路构成；分压电路由R1、R2、R3构成；放大电路由缓冲放大器Q1、量程自动选择开关U1构成；通道隔离电路由六个高速光电耦合器Q15、Q11、Q12、Q14、Q3、Q6构成；分压电路中电阻R1与R2之间的连接线与量程自动选择开关U1的脚1连接，量程自动选择开关U1采用4052型号，电阻R2与R3之间的连接线与量程自动选择开关的脚2、5连接，缓冲放大器输出端与量程自动选择开关的脚11、12、14连接，放大电路中电阻R7、R8之间的连接线与量程自动选择开关脚15连接，量程自动选择开关输出端脚13与AC/DC选择电子开关的脚1、12连接，AC/DC选择电子开关U2采用型号4052，并经电阻R13与AC/DC转换器U9的脚2连接，AC/DC转换器采用型号为AD737，电容C11负极与AC/DC选择电子开关脚4、11连接，AC/DC选择电子开关脚3、13经电阻R10、电容C2与A/D转换器IC2脚2、5连接，IC2采用型号1605A/D转换器，经电阻R10、R11与A/D转换器脚4连接，通道控制芯片IC1与A/D转换器之间由数据传递线连接，通道控制芯片IC1采用型号P89LPC932，通道控制芯片脚11、12输出端与主控单元电路中主控芯片脚9、8连接，通道隔离电路中的A-SCK、B-SCL、C-SCK与通道控制芯片脚1连接，通道隔离电路中的A-SDA、B-SDA、C-SDA与通道控制芯片脚18连接，通道隔离电路中00-SDA与通道控制芯片脚11连接，通道隔离电路中00-SCK与通道控制芯片脚13连接。通道控制芯片脚1、2与量程自动选择开关脚10、9连接，图中GND点接地，在A/D转换芯片脚27、28与3、4之间分别接滤波电路，在AC/DC转换器U9脚7接滤波电路，通道控制芯片IC1脚8、9接时钟振荡电路。
通道单元电路管理和控制通道的数据采集，A/D转换、接受主控单元电路指令，向主控单元电路提供数据，本装置由于采用了三个通道单元电路，通过单元电路之间在通道隔离电路作用下完全隔离，在时钟单元电路的作用下做到时间精确同步，可以同时测量3种参数，可以实现长时间连续64小时同时测量三种参数，从外界采集到的信号，经过由R1、R2、R3及Q1、量程自动选择开关在主控芯片的控制下完成对输入信号的衰减，使输入信号自动维持在0～±4V范围内。被衰减信号后选择量程从U1输到U9的脚2和U2的脚1、12，即一路输入AC/DC转换电路及真有效值电路，完成对输入的交流信号的真有效值直流转换，一路直接输入AC/DC选择电子开关构成的交直流选择电路U2，U2接受IC1的控制指令，完成对信号的交直流选择，经选择的交流或直流信号由U2的脚3、13输出，直接将这一选定的模拟量加到由转换器IC2组成的高速A/D转换器，直流到脚1、3，交流到脚2、5，在通道控制芯片IC1的控制下，对输入的模拟信号进行数字转换。IC2采用的型号为1605高速16位A/D转换芯片，可以在极短的时间内完成对输入信号的采样、保持和转换等工作，在IC1的控制下，完成转换的数据通过通道控制芯片IC1、A/D转换器芯片IC2相应的数据传输端口以行模式分两次，每次八位，传送到IC1中，A/D转换的同步工作由同步信号(见图8T-CLOCK-A/B/C端口即脚10)控制，IC1在接到同步信号后启动IC2进行数据转换，这样，可保证三个通道单元电路中的A/D转换器同步地对输入信号进行采集和转换，转换完成的数据送到IC1，在IC1里完成滤波，平滑处理后，在主拉单元电路协调下将数据通过隔离的串行总线传给主控单元电路是通过通道控制芯片脚11、12与主控单元电路中的主控芯片脚8、9完成。通道单元电路与主控单元电路之间通过通道隔离电路联系，通道隔离电路如图3所示，在该电路中使用了单5V输入，双5V输出的隔离式逆变电源变压器，并利用各单片机芯片的标准RS232接口，实现了数据隔离式非共地的双向传输，该电路采用六片型号为6N137的高速光电耦合器组成，通过OO-SCK、A-SCK、B-SCK、C-SCK及OO-SAA、A-SDA、B-SDA、C-SDA端口向主控芯片进行数据传输和通信。
主控单元电路由主控芯片、存储芯片、通信接口芯片构成，如图4、5所示，主控芯片PLC1采用型号为P89C668，存储芯片U8采用型号为KC5816，通信接口UIC1采用型号为CH375；主控芯片PLC1脚2、3、24～28分别与存储芯片脚4、24、7、6、5、25、23连接，主控芯片PLC1脚4、14、18、19、33、43～36、23、24分别与通信接口芯片UIC1脚27、1、3、4、2、15～22、9、8连接，主控芯片PLC1脚15与电源及键盘单元电路中电源及键盘管理芯片DIC2脚28连接，脚16与时钟单元电路中同步信号整形放大器OIC2上脚13连接，主控芯片脚8、9与显示单元电路中显示驱动芯片U5脚11、10连接，主控芯片PLC1脚36～43，通信接口芯片UIC1脚15～22都与传输总线连接；主控芯片PLC1脚8、9与接口芯片UIC1脚24、23连接，在脚20、21之间接电阻MR3及时钟振荡电路，在脚8、9、15与电源间接电阻MR1、MR2、MR4，在脚10与电源间接电容MC1，电源接滤波电容，在存储器芯片U8脚28接滤波电容，在主控芯片PLC1脚6接报警电路，在接口芯片脚28接滤波电容，在脚13、14之间接电阻UR3及时钟振荡电路，主控单元电路全面管理和控制本装置各部分的工作状态，数据的采集，修正和存储以及USB数据通信等工作，是本装置的核心，存储芯片采用大容量数据存储器，采用型号为KC5816存储器，该型号存储器具有2M×8bit的数据存储空间，存储数据量大，可存储三个通道连续采集64个小时的数据，通信接口芯片UIC1采用型号为CH375接口专用芯片，经传输总线完成与PC机之间的通信，实现高输传输，本装置开始工作时，主控芯片PLC1接受由电源及键盘单元电路传来的键盘输入指令，根据键盘指令完成对本装置的通道状态(直流、交流和关闭)及开始和结束数据存储时间的设置，这个设置信号通过传输总线的内部总线送至电源及键盘单元电路中的电源及键盘管理芯片，电源及键盘管理芯片根据指令打开相应通道的工作电源，一方面，设置信号通过完全隔离的第二总线送至各个通道的控制芯片，再由各个通道控制芯片完成具体的数据信号采集任务，在同步信号的作用下，各通道以1秒钟的固定时间间隔完成数据的采集，得到的数据通过隔离电路送至主控芯片PLC1，经由PLC1对数据进行处理后，再依规定的格式存储于存储芯片U8中；当主控芯片PLC1接收到接口芯片UIC1传来的设置指令时(该指令由PC机程序发出)，根据指令可完成对装置的时钟校准、设置开始和结束数据存储时间及设置通道工作状态的操作，并可检查存储器U8的剩余空间及对U8内数据进行清除操作，在主控芯片PLC1接收到上传数据的指令时，PLC1从U8中取出相应的数据块，然后通过UIC1和传输总线接口向PC机传送数据，接口芯片UIC1通过8位并口与主控芯片PLC1连接，通过该芯片UIC1脚1、2、3、4等辅助信号脚发出读/写等指令，并通过通信数据总线接口芯片脚15～22完成与主控芯片PLC1的数据交换，接口芯片UIC1与PC机相连的一侧，则由UIC1的脚10、11和地线，电源线共同组成标准的四线USB接口，以实现主控芯片单片机PC机的数据传输和通信。
显示单元电路由显示驱动芯片和液晶显示器组成，图9为显示驱动芯片电路图，显示驱动芯片U5采用PCF8576D，该芯片为1/3基本的(BASIC)、1/4占空比的动态扫描式液晶显示驱动专用芯片，最大可驱动达4×40＝160个固定笔段或符号，芯片自带负偏压发生器，显示驱动芯片U5通过传输总线与主控单元的主控芯片PLC1相连，本装置所有信息全部通过传输总线传输给显示驱动芯片U5，再由显示驱动芯片按时序动态驱动液晶显示器进行信息显示，显示驱动芯片U5只需传输总线接口的数据和指令信号，显示驱动芯片U5脚2～7、25～64接液晶显示背电极，脚14接脚21，接电源，接滤波电容，脚10接数据线SDA，脚11接时钟线SCL。
图2至图9中未描述连接的连接点，按图指示的连接关系与各有关图中所指示的连接关系连接。
本装置共采用了五片单片机，在三个通道单元电路中分别采用了型号为P89LPC932的单片机，在主控单元电路中采用了型号为P89C668的单片机，在电源及键盘单元电路中采用了型号为P89LPC932的单片机，实现了数据信号的采集，完成交直流的选择，A/D转换，储存，显示并经数据传输总线传输给PC机，整个过程实现了数据的高输传输。
权利要求1.多通道管道交直流干扰测量装置，其特征在于本装置由三个通道单元电路、主控单元电路、电源及键盘单元电路、时钟单元电路、显示单元电路构成，三个通道单元电路信号输出端分别与主控单元电路连接，主控单元电路信号输出端与显示单元电路连接，电源及键盘单元电路信号输出端分别与主控单元电路、显示单元电路、时钟单元电路、三个通道单元电路连接，时钟单元电路信号输出端分别与主控单元电路及三个通道单元电路连接。
2.根据权利要求1所述的多通道管道交直流干扰测量装置，其特征在于通道单元电路由通道控制芯片、A/D转换器、通道隔离电路、信号采集电路构成；信号采集电路由分压电路、放大电路、AC/DC转换电路、AC/DC选择电子开关、量程自动选择开关构成；AC/DC转换电路由AC/DC转换器及其与电容C9、C10、C11构成真有效值电路构成；分压电路由R1、R2、R3构成；放大电路采用缓冲放大器；通道隔离电路由六个高速光电耦合器构成；分压电路中电阻R1与R2之间的连接线与量程自动选择开关的脚1连接，电阻R2与R3之间的连接线与量程自动选择开关的脚2、5连接，缓冲放大器输出端与量程自动选择开关的脚11、12、14连接，放大电路中电阻R7、R8之间的连接线与量程自动选择开关脚15连接，量程自动选择开关输出端脚3与AC/DC选择电子开关的脚1、12连接，经电阻R13与AC/DC转换器的脚2连接，电容C11负极与AC/DC选择电子开关脚4、11连接，AC/DC选择电子开关脚3、13经电阻R10、电容C2与A/D转换器脚2、5连接，经电阻R10、R11与A/D转换器脚4连接，通道控制芯片与A/D转换器之间由数据传递线连接，通道控制芯片脚11、12输出端与主控单元电路中主控芯片脚9、8连接，通道隔离电路中的A-SCK、B-SCL、C-SCK与通道控制芯片脚1连接，通道隔离电路中的A-SDA、B-SDA、C-SDA与通道控制芯片脚18连接，通道隔离电路中00-SDA与通道控制芯片脚11连接，通道隔离电路中00-SCK与通道控制芯片脚13连接。
3.根据权利要求1所述的多通道管道交直流干扰测量装置，其特征在于主控单元电路由主控芯片、存储芯片、通信接口芯片构成；主控芯片脚2、3、24～28分别与存储芯片脚4、24、7、6、5、25、23连接，主控芯片脚4、14、18、19、33、43～36、23、24分别与通信接口芯片脚27、1、3、4、2、15～22、9、8连接，主控芯片脚15与电源及键盘单元电路中电源及键盘管理芯片脚28连接，脚16与时钟单元电路中同步信号整形放大器上脚13连接，主控芯片脚8、9与显示单元电路脚11、10连接。
4.根据权利要求1所述的多通道管道交直流干扰测量装置，其特征在于电源及键盘单元电路由工作电源电路、电源及键盘管理芯片、低电压检测电路、主电源控制电路、三个通道电源控制电路、显示电源控制电路构成；低电压检测电路由低电压检测芯片、电阻DR7、DR8、DR9、DR10、DR11、DR12、DR13、电容DC6、DC7构成，低电压检测芯片脚4与脚5、6之间连接电阻DR7，脚2与脚7、8之间连接电阻DR9、脚2与脚16之间连接电阻DR8，脚7、8与脚15之间连接DR10，脚15与脚3之间串接电阻DR11、DR12，脚3与脚7、8之间连接电阻DR13；三个通道电源控制电路，显示电源控制电路，主电源控制电路结构相同，每一个电路由二个三极管NPN、PNP、三个电阻、二个电解电容构成；依主电源控制电路为例，其中一个三极管PQ1基极接电阻PR1，发射极接地，集电极经电阻PR3与另一个三极管PQ2基极连接，基极经另一个电阻PR2与发射极连接，集电极连接一个电阻PR4，在三极管PQ2的发射极及集电极上分别连接电容PC1、PC2，并接地，主电源控制电路中电阻PR1与电源及键盘管理芯片脚18连接，三个通道电源控制电路中的电阻AR1、BR1、CR1分别与电源及键盘管理芯片脚4、17、5连接，显示电源控制电路中电阻LR1与电源及键盘管理芯片脚1连接，电源及键盘管理芯片脚13～15、2分别与低电压检测芯片脚11～13、10连接，电源及键盘管理芯片脚8、9、3、19、21～26与键盘连接，工作电源电路采用三端集成稳压外接滤波电路构成；电源及键盘单元电路经电源及键盘管理芯片脚11、12经主控芯片脚9、8与主控单元电路连接，经通道控制芯片脚11、12与三个通道单元电路连接。
5.根据权利要求1所述的多通道管道交直流干扰测量装置，其特征在于时钟单元电路由时钟芯片、关机备用电池供电电路、内部总线及中断源上拉电阻OR1、OR2、OR3、同步信号整形放大电路构成；关机备用电池供电电路由三个二极管OD1、OD2、OD3及二个电容OC2、OC3、一个电池构成，二极管OD1、OD2正极接电源，二极管OD2负极接二极管OD3、电池正极，二极管OD1、OD3负极与电容OC2、OC3连接在时钟芯片脚8上，电容OC2、OC3电池接地，上拉电阻OR2、OR3分别接在电源与时钟芯片脚6、5之间，时钟芯片脚5、6与电源及键盘单元电路中电源及键盘管理芯片脚11、12连接，上拉电阻OR1与时钟芯片脚3与电源及键盘管理芯片脚10连接，时钟芯片脚7与同步信号整形放大器的反相器脚1连接，反相器脚4、6、8分别与三个通道单元电路中通道控制芯片脚10连接，在同步信号整形放大器的脚2、13之间外接电阻OR4，在脚10外串接电阻OR5，脚13与主控单元电路中主控芯片脚16连接。
6.根据权利要求1所述的多通道管道交直流干扰测量装置，其特征在于显示单元电路由显示驱动芯片和液晶显示器组成，显示驱动芯片脚10、11与电源及键盘单元电路中电源及键盘管理芯片脚11、12连接，显示驱动芯片脚2～7、25～64通过传输总线与主控单元电路的主控芯片相连。
专利摘要多通道管道交直流干扰测量装置，是用对埋地管道的交流或直流杂散电流干扰进行测量，是对埋地管道交直流干扰测试装置的改进，解决以往对埋地管道进行交直流干扰测量装置存在的同时只测量一种参数，不能测量同一地点的多种参数，装置存储容量小，传输速度慢，校准慢，不能对数据变动范围大提供较高准确度等缺点；本装置由主控单元电路、三个通道单元电路、电源及键盘单元电路、时钟单元电路、显示单元电路构成，并在主控单元电路、三个通道单元电路、电源及键盘单元电路各采用一片单片机，共五片单片机，在主控单元电路中采用了存储容量大的存储器；其优点是实现了多通道对管道干扰测量，对同一地点进行三种参数同时测量，实现了精确同步，大容量数据存储和高输传输以及自动量程选择和通道具有独立工作功能，为管道交直流干扰测量提供了一种先进智能测量手段。
文档编号G01R19/00GK2779412SQ20052009036
公开日2006年5月10日 申请日期2005年4月18日 优先权日2005年4月18日
发明者陈大庆, 陈敬和, 罗峰, 郭莘, 薛焕波 申请人:中国石油天然气管道局, 沈阳龙昌管道检测中心