基于STM32的電阻測試儀設計與實現(xiàn)

林德強 張璐 田高峰

摘要：設計了一種基于STM32的電阻測試儀，以高精度電流信號發(fā)生器為信號源通過待測試電阻，采用毫伏/微伏單端差分電壓放大器放大待測試電阻上的信號源，放大合格倍數(shù)（電壓不超過3.3V），通過STM32內(nèi)置的ADC進行A/D轉(zhuǎn)換，微處理進行數(shù)據(jù)處理（換算、修正、標定）變成數(shù)字量通過顯示器顯示電阻值，通過實驗證明儀器具有較高的精度，且便于操作。

關(guān)鍵詞：電阻測試儀;信號源;電壓放大器;數(shù)據(jù)處理;標定

引言：飛機上裝配的航電類產(chǎn)品幾乎都是通過安裝架交聯(lián)在一起來完成特定功能，安裝架內(nèi)部線纜導通性的好壞直接影響產(chǎn)品的性能，因此，安裝架內(nèi)部導線阻值的好壞的修理要求檢查是飛機大修中很重要的一個環(huán)節(jié)。利用開爾文4線檢測（四端子檢測）方法，測試精度高可以滿足某型飛機安裝架類產(chǎn)品的測試技術(shù)。

1系統(tǒng)組成及測試原理

1.1系統(tǒng)組成

如圖1所示，儀器由微控制器模塊、電源模塊、電壓放大模塊、信號源模塊、繼電器模塊、LCD顯示模塊、按鍵模塊等組成。

1.2測試原理

電阻值自動測試設備通常利用開爾文4線檢測（四端子檢測）方法，利用恒流源提供的恒流A，通過多路繼電器將恒流源切換至被測支路上，支路電阻R上產(chǎn)生直流電壓降V，將電流和電壓的電極分離，消除了引線和接觸電阻的阻抗，被測電阻R=V/A，通過微處理器進行數(shù)據(jù)處理后顯示電阻值，測試一條獨立的支路電阻后自動切換至下一支路進行測試，直至測試完所有的獨立的支路。

2系統(tǒng)硬件電路設計（為了能實現(xiàn)設備最終的測試精度，硬件設計或選擇的成品電路應具備如下要求）

2.1恒流源電路

信號源采用高精度4-20mA電流信號發(fā)生器，輸出電流10mA，顯示精度0.01，采樣電阻（即信號源的應用對象）應小于400Ω（采樣電阻小于400Ω的目的是控制采樣電壓小于4V，以保證采樣電壓在電壓放大器在正常的輸入要求范圍內(nèi)）;

2.2電壓模塊

電壓放大器選擇的是AD620，AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻來設置增益，增益范圍為1至10000，同時，AD620具有高精度毫伏/微伏單端差分電壓放大器（最大非線性度40ppm、低失調(diào)電壓不超過50 uV和低失調(diào)漂移最大0.6 uV /℃）。

如圖所示，改變電位器 RW1的電阻值來改變AD620的1 腳和8腳之間的電阻RG，從而改變 放大倍數(shù) G，根據(jù) AD620 控制公式，即 ，電路中，RW1的電阻值最大為 10kΩ，所以模塊默認最小放大倍數(shù)為 6 倍左右;如果 RW1的電阻值為 50kΩ，則放大倍數(shù)為 2 倍左右。如果確定了放大倍數(shù)，建議使用固定電阻，效 果更好，為了實現(xiàn)儀器的最終功能，輸出不超出微控制器的AD采集模塊的極限采集電壓3.6V，放大倍數(shù)不低于250倍（確保輸出電壓在1V左右）;

2.3繼電器模塊

繼電器采用光耦隔離繼電器;本實施例采用43個繼電器，其中14個作為前端繼電器，29個作為后端繼電器;每個繼電器均包括COM端、常開接口端、低電平觸發(fā)端及供電端;當繼電器的低電平觸發(fā)端接收到低電平信號時，COM端和常開接口端吸合，繼電器處于閉合狀態(tài);當繼電器的低電平觸發(fā)端未接收到低電平信號時，COM端和常開接口端未吸合時，繼電器處于斷開狀態(tài);

2.4微控制器模塊

所述采用STM32F103，微控制器內(nèi)設有AD采集單元和控制單元，AD采集單元用于采集電壓放大器的輸出電壓，控制單元用于控制30個繼電器的通斷;

2.5電源模塊

5V電源模塊和15V電源模塊，5V電源模塊和15V電源模塊均采用線性直流穩(wěn)壓電源，其中，15V電源模塊輸出最大紋波系數(shù)應小于或等于2.5mV（紋波系數(shù)對后端的電壓放大器模塊工作的穩(wěn)定性有影響）;

2.6顯示器模塊

LCD顯示模塊采用高分辨率800*480，自帶驅(qū)動，無需外加驅(qū)動，微控制器可以直接使用，支持8/9/12/16位8080并口連接，設有背光亮度控制的功能;

3軟件設計

由于本儀器選擇了STM32微處理器，因此所有程序均用keil5平臺自行設計程序，包括案件程序設計、LCD顯示主程序設計、I/O口狀態(tài)程序設計、漢字及字符顯示程序設計、ADC采集/數(shù)據(jù)處理（修正、標定）程序設計、蜂鳴器報警程序設計、自檢主程序設計和自檢主程序設計等。整體路程圖如圖3所示：

4本設計實物圖與實驗結(jié)果

4.1實物圖

4.2實驗結(jié)果

隨機測試結(jié)果如表1所示，表1中實測值為GOM804型微歐計測試結(jié)果表中實測值為本電阻檢查儀實際測試結(jié)果，從表1看出，儀器精度在±2.55%的范圍內(nèi)，達到設計要求，經(jīng)多次測試反復對比，儀器的準確度和線性度比較穩(wěn)定。

5結(jié)束語

該檢查儀實現(xiàn)了38路電阻值快速檢測，檢測時間約30s，一般人工測試大約需要40min，提高了工作效率，該儀器一鍵測試，一鍵自檢，操作方便，運行可靠穩(wěn)定，通過轉(zhuǎn)接電纜的設計，對不同型號的電纜電阻的測試，只要改變轉(zhuǎn)接電纜即可，可以實現(xiàn)儀器的通用。