专利名称：总线模块式智能化可变功能测试仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及电量和非电量测量技术领域的一种总线模块式智能化可变功能测试仪。
在工业生产和科研中，需要测量众多的物理参量，这些物理参量主要分为电量和非电量，如电压、电流、温度、粘度、酸度、压力和位移等。随着现代传感技术和电子测量技术的发展，电量的测试手段愈加完善，非电量的测量则是通过传感器或变送器，将非电量转换成与被测物理量具有一定关系的电量进行测量。由于工业生产和科研的需要，对测试仪器的速度、精度、自动化的程度要求愈来愈高。因此国内外先进的电子测量仪器越来越多地应用微处理器构成新一代智能化测试仪，与常规仪表相比，智能化仪表具有快速、准确、高效、多功能、自动化程度高等优点。目前国内外研制和生产的智能式测试仪表主要有以下几类第一类是用于测量溶液中各种离子浓度的，如成都化工微机所，电子工业部七八九厂研制、生产的PHS-4电脑型精密酸度仪。《分析仪器》杂志1986年第3期介绍的日本电气化学计器HBM-51型酸度计介绍。第二类是用来测量交流电阻、电容、电感等参数的LCR测试仪，如上海仪器仪表研究所研制、生产的ZL5-智能LCR测试仪。第三类为应用各种变送器或传感器，如压力、位移、流量、粘度、温湿度传感器，将各物理量转变为电量进行测量的仪表，如福州自动化仪表股份有限公司研制、生产的LGJ-02流量计算机。第四类对周期、频率、脉宽等数字信号进行测量的测量仪。第五类为既具有测试也具有控制功能的仪表，如重庆工业自动化仪表所研制、生产的LXY智能流量控制仪;国营南通长江化学有限公司智能化仪表厂研制、生产的WT-85系列微电脑温度程序控制仪。以上第一类、第四类测试仪表一般不须外加测试信号，第二、三、五类测试仪表一般必须加测试信号(如正弦交流信号或直流信号等)。上述几类仪表的共同特点在于均采用微处理器作为控制和运算核心，但它们最大的缺点在于其各自线路是为了其特定功能专门设计，一旦确定，其功能便固定而难以变更或扩充，即使是同样功能的仪表无论在其内部电路结构还是整体结构及外观上都各不相同，十分不利于仪表的规范化、系列化发展。如果要改变或是增加仪表的功能，就必须重新设计整个电路以及整个仪表内、外部结构和软件，设计周期长，成本高，可扩展性差，因而不具有通用性、兼容性和可变性，不利于仪表专业化、规范化和系列化发展。
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种具有通用性、兼容性和可变性的总线模块式智能化可变功能测试仪。
本发明的目的可以通过以下措施来达到。本发明由五个模块构成一个信号处理与控制主模块和四个子模块信号预处理模块、信号产生模块、通讯模块、键盘及显示模块。信号处理与控制主模块包含微处理器及专门设计的能够测量直流、正弦交流电压、方波电压的积分型模/数转换电路，该模块完成对预处理信号的数字化及运算处理并得出所需结果。信号预处理模块是对于传感器或变送器获得的电信号进行预处理，它带有前置放大、滤波、模/数转换、整流等功能。根据不同的测试对象设计不同的具体电路，如可将电路设计成用于测量溶液电导率、酸度、温度等功能模块。信号产生模块是用于产生整个测试系统中可能需要的标准直流信号和频率可程控的正弦交流信号。通讯模块是用于实现仪表与微处理器的信息交换功能。键盘及显示模块可完成参数预置、修改、功能选择并显示测量结果和状态。其上复盖一层印有标志各键功能及所显示结果的性质和测量状态的薄膜，改变或是增加测试功能，只需更换这层薄膜再增加或更换相应的软、硬件子模块。本发明的微处理器选用MCS-51系列单片微机，采用总线连接结构，模块间的组合方式灵活多样，除主模块之外，其它模块可根据测试需要设计组合或叠加以达到增加或改变测试功能的目的。本发明使用标准接插件及电缆，使得测试仪表的规范化、专业化成为可能。测试软件的构成同样具有模块化结构，分为程序主控模块，功能模块和通用程序子模块以及扩展功能子模块四部分。因而在构成不同功能的测试仪表时，只需更换或增加硬件的相应功能模块(包括不同类型的传感器)以及更换或增加固化了相应测试控制程序的存贮器，并且改变面板上显示结果和功能键的说明即可实现。也就是说，整个仪表的设计在硬件、软件上全部模块化。要改换或增加仪表测试功能，只需改换或增加相应的硬件、软件功能模块并改变对应的面板上的显示结果和功能键的说明就能实现。本发明还可以根据使用者的不同的特殊要求变更或扩充其功能，并能够通过通讯模块连接微型计算机以构成全自动测量控制系统。
附图的图面说明如下
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是本发明的总体结构联接示意图。
图3是本发明的信号处理及控制主模块电路图。
图4是本发明的电导信号预处理模块示意图。
图5是本发明的温度信号预处理模块示意图。
图6是本发明的酸度信号预处理模块示意图。
图7是本发明的信号产生模块电路图。
图8是本发明的通讯模块逻辑图。
图9是本发明的测试流程图。
其中，图1中的〔1〕是信号处理及控制主模块，〔2〕是传感器或变送器，〔3〕是信号预处理(即功能模块)模块，〔4〕是信号产生模块，〔5〕是通讯模块，〔6〕是显示与键盘模块，〔7〕是数据总线，〔8〕是地址总线，〔9〕是模块选择总线，〔10〕是控制总线，〔11〕是信号总线，〔12〕是电源总线，〔13〕是接地总线。图2中的〔14〕是功能模块插座，〔15〕是信号产生模块插座，〔16〕是通讯模块插座，〔17〕是显示与键盘模块插座，〔18〕、〔19〕是扩展功能模块插座，〔20〕是信号处理与控制主模块电路，〔21〕是电源。图4中的〔22〕是锁存器，〔23〕是三态门，〔24〕是译码器，图8中的〔25〕是D触发器。
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
信号产生模块〔4〕是由一个文氏桥振荡器MC1403和CA3140加上若干电子开关CD4051、CD4066构成频率振荡及振幅可程控的正弦波发生器，以及由一个精密电压基准构成的直流基准电压信号。它为功能模块〔3〕及信号处理与控制主模块〔1〕提供正弦交流测试信号，以及直流基准信号。
本发明用于测试酸碱度时，由于暂不与微型计算机连接，故本实施例不接通讯模块〔5〕，仅有信号处理及控制主模块〔1〕，信号预处理模块〔3〕，信号产生模块〔4〕，显示与键盘模块〔6〕，将这些模块分别插到相应的模块插座〔14〕、〔15〕、〔17〕。传感器或变送器〔2〕选用型号为65-1A型酸度传感器。测量时，将酸度传感器〔2〕直接插入被测溶液，传感器〔2〕的输出端输出与溶液PH值呈线性关系的电压信号，这个电压信号送入信号预处理模块〔3〕，经运算放大器CA3140放大后，经由单片微机MCS-51控制的多路开关CD4066，再通过信号总线将放大的电压信号传送到信号处理及控制主模块〔1〕，经由多路开关CD4051中的一路，在单片微机MCS-518031程序的控制下，将传送过来的电压信号进行模/数转换，转换后的数字信号再经8031单片微机处理后，其计算结果通过数据总线送到显示与键盘模块〔6〕，再由4位LED数码管显示测量结果的数值，发光二极管指示测试结果是碱性还是酸性。
本发明的另一个实施例是用于测试温度的总线模块式智能化可变功能测试仪，构成该仪表的模块除信号预处理模块〔3〕与上例中的不同外，其它结构完全相同。本实施例中选用的传感器〔2〕为半导体温度传感器，将温度传感器〔2〕置于待测样品的环境中，传感器获得的电压信号经图5中的CA3140放大后，被MCS-51控制的多路开关CD4051中的另一路传到MCS-51单片微机进行温度分析、计算和处理，尔后送到显示与键盘模块〔6〕显示出测量结果。
考虑到本测试仪的可扩充性，上两例中的预处理模块〔3〕可同时插入扩展功能模块插座〔18〕、〔19〕中，此时仪表便具有同时可测酸度和温度的功能。
本发明的第三个实施例是将制作的电导测试信号预处理模块〔3〕接入系统中，配上相应的测试软件，便可用于测试溶液的电导率。
事实上，三个实施例中除信号预处理模块不同外，处理传输、计算的硬件是完全相同的，根据需要插接不同的预处理模块，调用相应的软件子程序，就可获得不同功能的智能化可变功能仪表，当然也可以将功能扩充到多个而构成一台智能化复合功能测试仪。
本发明由于采用了MCS-51单片微机作为控制器的模块化总线结构，使仪表在整体上(软件和硬件)全部实现了模块化，各模块可根据需要更换、组合、叠加，各功能模块也可根据需要再进行设计和修改，使仪表功能的可变性，可扩充性以及规范化和系列化成为可能，这将极大地提高测试仪表的适应性和通用性，促进整个仪表工业的集成化、智能化发展。
权利要求
1.一种总线模块式智能化可变功能测试仪，它由控制部分，信号产生部分、传感器以及显示部分组成，其特征在于信号处理与控制主模块[1]，信号预处理模块[3]，信号产生模块[4]、显示与键盘模块[6]组成，主模块[1]与其它模块间通过标准接插件及电缆联接，主模块[1]选用单片微机实现控制作用，它与各模块间采用总线连接结构。
2.如权利要求1所述的总线模块式智能化可变功能测试仪，其特征在于控制主模块〔1〕的单片微机选用MCS-51系列单片微机。
3.如权利要求1所述的总线模块式智能化可变功能测试仪，其特征在于通讯模块〔5〕插入通讯模块插座〔16〕后，即可与通用微型计算机连接。
4.如权利要求1所述的总线模块式智能化可变功能测试仪，其特征在于测试软件全部采用模块化结构，分为程序主模块、功能模块、通用程序模块和扩展功能子模块四个部分。
5.如权利要求1所述的总线模块式智能化可变功能测试仪，其特征在于信号预处理模块〔3〕可根据测试需要专门设计，使用中只需插接不同的预处理模块〔3〕，也可将模块〔3〕进行组合或叠加，配合以相应的软件，即可增加或改变测试功能。
全文摘要
一种电量或非电量测量技术领域的总线模块式智能化可变功能温试仪。它由信号处理与控制模块、信号预处理模块、信号产生模块、通讯模块、键盘及显示模块构成。本测试仪选用MCS-51系列单片微机控制信号的传输、处理、计算以及显示测试结果。各模块间采用总线连接结构，其软件和硬件全部实现模块化，各模块可根据需要更换、组合、叠加，也可根据需要，重新设计和修改功能模块，极大地提高了测试仪表的适应性和通用性。
文档编号G01D21/02GK1050261SQ90101509
公开日1991年3月27日 申请日期1990年3月17日 优先权日1990年3月17日
发明者夏又新, 李洋, 邢朝至 申请人:西安交通大学