專利名稱：電腦通用檢測控制儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種能對各種電參量進行檢測和輸出控制信號的儀器。
對于電子儀器或武器等進行電性能檢測時，往往需要針對該儀器的檢測要求設置各種專用檢測儀，以構成該儀器的檢測臺。其不足是每臺檢測儀只能檢測一項指示，功能單一。形成綜合檢測能力的檢測臺是由多臺檢測儀構成，其設備龐大，結構復雜。檢測臺不具有通用性，只能專臺專用。利用指針儀表指數值，觀察誤差比較大。檢測程序操作比較煩瑣，易出錯誤。
目前，對于電流互感器的在線測量一般采用兩種方法，一是利用鉗形電流表來測量一、二次電流。由于鉗形電流表自身的偏差較大，因此不能準確的確定變流比的偏差。二是將一、二次線拆開，串接上標準電流表進行測量，整個測量過程需要停電二次，即麻煩又影響正常供電。同時測量過程中要加大負荷，組織實施也比較困難。
中國實用新型專利公開了一種申請號為89217700.4的多功能測量儀，它主要是由CPU、程控輸入輸出接口、計數定時控制器、程控繼電器、程控數字開關、門電路等組成。測量時通過編制的程序和CPU調用有關電路組成所需功能的測量通道，實現對電壓、頻率、周期的多功能測量。這種儀器的不足是只具有單一性的檢測功能，而不具有綜合檢測功能，不能作為檢測臺使用。用于綜合檢測，也需配備信號發生控制器，連接電纜等設備。受其自身結構的限制，不能直接測量直流電流、交流電壓和交流電流等電參量，而需配置相應的轉換電路和傳感元件，功能不夠齊全。
本實用新型的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種利用單片機及程序控制實現對電子儀器各種指標進行綜合檢測的電腦通用檢測控制儀。它具有通用性強、測量精度高、性能可靠，操作方便等特點。
本實用新型的具體解決方案是能夠完成對電子儀器各項指標進行綜合檢測的電腦通用檢測控制儀主要是由以單片機為核心的信號處理電路、與其相連且受程序控制的各種模擬信號的輸入電路和數字量輸入、輸出電路、以及相應的電路接口，其中信號處理電路包括單片機、程序存儲器、擴展口、譯碼器、A／D轉換電路，以及處理結果顯示器和／或打印機，其特殊之處在于它還包括由單片機程序控制輸出不同量值、種類的電信號和調節信號上升速度的信號發生控制器；檢測控制儀模擬信號的輸入是通過單片機按程序控制各條信號輸入電路中的模擬開關或繼電器來實現的；與信號發生控制器和信號輸入輸出電路對應設置的接口為一多芯插頭座，接口包括各種模擬信號輸入輸出口、數字量I／O口、相位、頻率、脈沖寬度信號的測試口，以及電源口，各接口的端子數量根據輸入輸出要求來設定。例如，在模擬信號輸出接口上設置有毫伏直流信號輸出端子，極性可逆直流信號端子，交流信號端子、信號接地端子等多個端子。
檢測控制儀外配多組連接導線，每組導線的一端連接有可與檢測控制儀插頭座相配合的插頭座。另一端接有可與被測儀器相連的連接件或傳感元件。每組連接導線可采用多芯電纜或多股導線制成。每一組連接導線是針對某一類型的被測儀器而設置的，它將被測儀器的施加信號點，檢測點與檢測控制儀接口的各相應端子相連接。對不同類型的儀器，檢測時只需更換一組連接導線和調換檢測程序，使用特別方便。
設在程序存儲器中的各種檢測程序，其調用方式是通過與信號處理電路相連的程序選擇開關將某一電信號提供給單片機，由其判定識別后，調出與該信號相對應的檢測程序，程序選擇開關各點的電位不同，它們分別與各自的檢測程序相對應，采用這種結構，可以減設單片機的輸入口，減化電路。
本實用新型利用按鈕驅動檢測程序運行和重復測量，使整個檢測過程的操作特別簡單，不需專業技術人員也能進行操作。具體結構是在單片機的兩個接口上分別連接可向該接口提供信號電平的操作按鈕，兩按鈕可根據編程要求來設定操作用途。如果用于逐項檢測，其中一個按鈕向單片機接口提供信號電平時，單片機將發出結束本項檢測和顯示，轉入下一項的檢測和顯示的指令。另一按鈕向單片機接口提供信號電平時，單片機將發出重復此項檢測和顯示的指令。當用于雙項指標同時檢測時，編程要求一個按鈕用來檢測和顯示一輸入信號，另一按鈕用來檢測和顯示另一輸入信號。
根據對輸出信號的要求，信號發生控制器一般是由直流信號輸出電路、可調頻、調幅的交流信號輸出電路構成。上述電路是由程序控制輸出。在直流信號輸出電路的兩輸出端上分別連接有程控繼電器J1、J2的兩個觸點，兩觸點的輸出分別與兩接口端子相連，通過控制兩觸點的吸合與釋放，使其輸出極性可逆變的直流信號。
所述的傳感元件為磁傳感器，它由固定磁軛、活動磁軛以及將被測載流導線固定在磁軛內的定位機構組成。固定磁軛的一端通過連接軸與活動磁軛的一端相連，活動磁軛可繞軸旋轉呈開、合兩種狀態，兩磁軛的另一端在閉合時可以相互插合在一起，并用連接件將其緊固，使磁路內無氣隙，保證磁阻固定。連接件可采用夾鉗或螺栓等，如用螺栓緊固，需在兩磁軛的插合部位開設同心孔，螺栓穿過通孔與螺母連接將其緊固。定位機構設置在磁軛內，它將穿過磁軛內的導線固定，使導線中心與磁傳感器線圈軸線距離恒定，使檢測誤差恒定便于修正誤差。
所述的定位機構是由固定在固定磁軛上的導向支架、位于支架上且可沿其移動的卡件、固定在活動磁軛上且可與移動卡件咬合在一起的固定卡件、和移動卡件相連的導桿，以及套在導桿外部其一端抵在支架上，另一端抵在移動卡件上用于自動調節兩卡件的咬合距離的彈簧構成。上述定位機構的采用非導磁材料構成。上述定位機構的特點是可以自動調節咬合距離。
本實用新型與現有技術相比具有如下特點1.采用本方案設計制成的檢測控制儀，其通用性極大，它只需配備相應的軟件及連接導線，基本上能檢測電子電氣領域中所有儀器和設備。
2.功能齊全。它既具有各種信號發生控制功能，又具有各種信號的輸入檢測功能，同時它利用程序控制，實現對電子儀器各種指標進行綜合檢測。
3.利用程序選擇開關調用程序，可節約單片機的輸入口。
4.操作簡單。不論檢測多么復雜的儀器，只需操作幾個按鈕便能完成檢測。
5.采用專用連接導線與被測儀器的各檢測點相連，使用特別方便。減少連接錯誤。
6.可在線測量電流互感器的變流比、以及一、二次電流，解決了電流互感器在線測試的技術難題。
7.檢測精度高，體積小。一機多用，不但適用于檢測普通電子儀器，也適用于檢測武器裝備。


圖1為本實用新型的電路原理圖。
圖2為本實用新型與被測儀器的連接示意圖。
圖3為本實用新型傳感元件的結構示意圖。
圖4為本實用新型在線檢測電流互感器的連接圖。
圖5為本實用新型散轉程序框圖。
圖6為本實用新型檢測程序框圖。
圖7為本實用新型在線檢測電流互感器的程序框圖。
以下結合附圖作進一步詳述如圖1所示，本實用新型主要由信號處理電路、程序選擇開關BK5、信號發生控制器、數字量輸入輸出電路、模擬量輸入電路和上述電路的輸入輸出接口、以及多組連接導線、連接件和傳感元件等組成。輸入輸出接口為一40芯插座，其中接口端子1～9為模擬量輸出口。端子10～19為數字量I／O口。端子20～23為觸點輸出口、端子24～25為相位、頻率、脈沖寬度信號的測試口。端子26～27為調試電源輸出口。端子28～33為模擬量輸入口，端子34、36分別為電源輸入、輸出口，端子35、37～40為備用口。接口的多少是根據檢測控制儀本身所設輸入輸出電路的多少而定。
信號處理電路是由單片機CPU，程序存儲器EPROM、擴展口82C55(Ⅰ)、(Ⅱ)、3／8譯碼器、A／D轉換器、以及處理結果顯示器(1)和打印機(2)構成。存儲器EPROM為8K，如果編程超出內存容量時，可采取更換EPROM的辦法來解決。單片機通過3／8譯碼器向外圍芯片提供片選信號，本實施例外圍芯片包括二片D／A轉換器、二片82C55或81C55集成芯片及一臺打印機。單片機P1.2～P1.5口上連接有程控指示燈LED1～LED4，在P1.7、P1.6口上連接有為其提供信號電平的兩個按鈕AN1、AN2。同時在單片機上還連接有檔次轉換開關BK2，它根據檢測要求設數檔，單片機根據設定的檔次進行計算。
82L55(Ⅰ)芯片的PA口與A／D轉換器相連，它將A／D轉換結果送到CPU。PB口負責數字顯示的位驅動。PC口負責數字顯示的段驅動。
82C55(Ⅱ)芯片的PA口及PC口為輸出口，用于直接或通過3／8譯碼器間接與設在信號發生控制器和信號輸入電路中的繼電器和模擬開關A－－R相連接，以實現信號的輸入輸出。PB口及PC.0、PC.1口為數字量輸入口。由于82C55芯片只能接受3～5伏的電壓信號，而被測儀器往往不能滿足上述條件，因此數字量接口端子10～17不能直接與芯片相連，而是通過數字量信號輸入輸出電路即電壓選擇開關BK1、分壓電阻與芯片相連。使其輸入信號滿足芯片的輸入要求。電壓選擇開關可分多檔，其中標準檔不需連接分壓電阻，數字量的輸入輸出由程序控制。如果數字量接口端子較少時，可采用繼電器代替電壓選擇開關。
程序選擇開關BK5共有10檔，各檔觸點之間連接有阻值相同的電阻R1～R9。另外還用電阻R0將來自電源的2.5伏電壓降至1.8伏。為了提高電壓穩定度，輸入電壓接在A／D轉換器的基準電源上。這樣只需調好串接的電阻，各觸點上的電壓將按規則遞減，它們分別為1.8伏、1.6伏、1.4伏、1.2伏直至0伏。上述電信號應與存儲器中程序的順序相對應。當開關中心電壓輸入計算機時，計算機則會調出與該信號相對應的程序。開關的中心是通過模擬開關F和A／D轉換器與單片機相連的。模擬開關F的控制端與3／8譯碼器的輸出端F相連。當儀器工作時，單片機首先發出指令使模擬開關F接通。
頻率、相位、脈沖寬度的測試接口端子24、25是通過整形放大電路(3)與單片機相連通的。
交流模擬信號輸入電路是由串接在A／D轉換器輸入端與接口端子28、29之間且構成兩條電通路的模擬開關I、AC／DC轉換器、波段開關BK3－－1和模擬開關J、AC／DC轉換器、波段開關BK3－－2連接構成。如測量一般的交流電壓，波段開關BK3～1、BK3～2放在1檔上，用于電流互感器的在線測量時，波段開關將放在2檔或3檔上，將電組R31或R32和R33并聯在磁傳感器的線圈上，用來調整標定初級、次級磁傳感器的輸出電壓。
直流模擬信號輸入電路是由串接在A／D轉換器與接口觸點30～33之間且可形成4條電通道的模擬開關I、J、K、L，以及與K、L相連的電壓選擇開關BK4構成。電壓選擇開關的1檔為2伏電壓，2檔為40伏電壓，3檔為800伏電壓。在電源輸入接口端子34與A／D轉換器之間也連有模擬開關M、N，以及接地電阻R11、R12。在A／D轉換器的負輸入端與電源輸出接口端子36和信號地之間也連接有模擬開關O、P、Q、R。上述模擬開關為兩塊8通道多路模擬開關，它們均由程序控制通斷。
信號發生控制器應根據不同專業的需要來設計。本實施方案是根據檢測軍用儀器來設計的。它包括三條輸出電路。其中一條輸出電路是由12位D／A轉換器、模擬開關A、接口端子1、2連接構成。它輸出毫伏直流信號，其信號的大小和上升速度皆由CPU控制。另一條輸出電路是由12位D／A轉換器、10位D／A轉換器、增益衰減器(5)、V／F轉換器、模擬開關B、接口端子6連接構成。它輸出調頻、調幅的交流信號。V／F變換器發出矩形波，其頻率由10位D／A轉換輸出的直流電壓控制，交流電的幅度將由12位D／A轉換器的輸出量控制增益衰減器實現的。當需要輸出正弦波信號時，V／F變換器輸出端還要加設一濾波器。再一條輸出電路是由連接在V／F轉換器輸出端的變壓器B、整流濾波器、分壓電阻R17、R18，以及在電阻R18兩端并接的繼電器J1、J2的觸點，和兩觸點輸出端相連的接口端子3、4連接構成。通過程序控制繼電器J1、J2釋放或吸合，使該電路能夠輸出可以逆變的直流信號。
在10位D／A轉換器的輸出端還連接有A／D轉換器和顯示器(4)，構成另一顯示電路，它可用來顯示輸入信號或其它電參量。單片機將輸入的信號換算后，再由顯示器顯示。
本實用新型作為控制器使用時，由程序控制單片機CPU按時從數字量I／O口或模擬量輸入口上取樣，經單片機進行運算處理后，輸出控制信號，根據輸出要求，控制信號可以從數字量I／O口輸出或由繼電器J3、J4的接口端子輸出或由信號發生控制器的直流毫伏信號口1、2輸出。
如圖2所示，檢測控制儀(8)的一組連接導線(6)的一端通過插頭與40芯插座(7)相連，另一端也是通過連接件與被測儀器(9)、附件(10)、(11)、電池(12)相連。連接導線是根據被測要求而設置的，不同的儀器配有不同的連接導線。
如圖3圖4所示，這是專為在線檢測電流互感器而提供的一種磁傳感器。磁傳感器(13)的固定磁軛(14)是通過連接軸(15)與活動磁軛(16)相連。設置在磁軛內的載流導線(22)的定位機構是由導向支架(17)、相互咬合的移動卡件(18)、固定卡件(19)、以及導桿(20)、彈簧(21)構成。導向支架為板式結構，其上帶有呈對稱階梯狀分布的開口。導向支架粘接在固定磁軛的內壁上。移動卡件為槽形，槽底長度應小于槽壁，在槽壁上設有V形口，用于卡住被測導線。移動卡件設置在導向支架的開口中，導向支架開口處的板壁插在移動卡件槽的兩側，使卡件沿板壁移動，形成滑道。在槽底部連接有導桿，導桿上套有彈簧，彈簧的一端抵在導向支架的階面上，另一端抵在移動卡件的槽底部。與移動卡件相配合的固定卡件粘接在移動磁軛上，固定卡件為板狀，其上設有V形口，該口應與移動卡件槽壁上的V形口相對應，用以咬住導線。測量時，打開活動磁軛，將波測載流導線置于定位機構的V形缺口上，合上活動磁軛后用螺栓將其固定。定位機構根據導線的粗細自動進行調節。調節過程是，當被測導線較粗時，合攏后的固定卡件將通過導線壓迫移動卡件沿導向支架移動，使兩V形口的距離增大，壓緊彈簧。當被測導線較細時，彈簧將推動移動卡件上移并使固定卡件插入移動卡件的槽內，兩V形口的距離縮小，將導線固定住。
測量時，用兩個磁傳感器分別將電流互感器的一、二次載流導線固定。其中測量一次電流的磁傳感器的輸出端接在檢測控制儀接口端子28上，測量二次電流的磁傳感器的輸出端接在接口端子29上。根據輸入電流的大小調整波段開關BK3－－1、BK3－－2，使其滿足輸入要求。
圖5給出了檢測控制儀散轉程序框圖。當儀器接通電源時，單片機初始化后，模擬開關F、P接通，此時單片機將對程序選擇開關的中心電壓進行查詢，整個查詢過程如圖所示，單片機將根據查詢結果即讀入的電壓值調出相應的程序。程序調出后，顯示器將顯示程序代號，假設為SV1－－4，告訴操作者檢測程序已經調出，可以進行檢測。檢測程序框圖由圖6給出，首先按動按鈕AN1，它向單片機CPU的P1.7口提供信號電平，單片機按程序檢測，在做完第一項檢測后，檢測結果由顯示器顯示出來，如果為數字量，則可用指示燈LED1～LED4顯示。結果示出后，單片機開始查詢P1.7及P1.6是否高電位，如P1.6是高電位，將本項再檢測一次，同時再顯示檢測結果。如果P1.7是高電位，即轉到下一項檢測和顯示，以此類推，直至全部項目檢測完后，顯示器將顯示檢測結束。
圖7給出了用于檢測電流互感器的程序框圖。首先通過程序選擇開關調出檢測程序，單片機CPU先將模擬開關I及P接通，將一次電流信號送到A／D轉換器，經A／D轉換成數字量后送入單片機中。其次CPU再將模擬開關J和P接通，將二次電流變為數字量后送到CPU中。單片機從程序中找出它們的修正量，對一、二次電流量進行修正運算，然后將一、二次電流相除，其商就是變流比，可用顯示器顯示，如需顯示一次電流，按按鈕AN1，使單片機P1.7口處入高電位，單片機將一次電流送入顯示器顯示，按按鈕AN2，單片機P1.6口處入高電位，單片機將二次電流送入顯示器顯示。
權利要求1.一種電腦通用檢測控制儀，主要是由以單片機為核心的信號處理電路、與其相連且受程序控制的各種模擬信號的輸入電路和數字量輸入、輸出電路，以及相應的電路接口，其中信號處理電路包括單片機、程序存儲器、擴展口、譯碼器、A/D轉換電路，以及處理結果顯示器和/或打印機，其特征在于它還包括由單片機程序控制輸出不同量值、種類的電信號和調節信號上升速度的信號發生控制器；該儀器模擬信號的輸入是通過單片機按程序控制各條信號輸入電路中的程控模擬開關或繼電器來實現的；與信號發生控制器和信號輸入輸出電路對應設置的接口為一多芯插頭座，接口包括各種模擬信號輸入、輸出口、數字量I/O口、相位、頻率、脈沖寬度信號的測試口，以及電源口，各接口的端子數量根據輸入輸出要求來設置。
2.根據權利要求1所述的電腦通用檢測控制儀，其特征在于檢測控制儀外配多組連接導線，每組導線的一端連接有可與檢測控制儀插頭座相配合的插頭座，另一端接有與被測儀器相連的連接件或傳感元件。
3.根據權利要求1所述的電腦通用檢測控制儀，其特征在于設在程序存儲器中的各種檢測程序，其調用方式是通過與信號處理電路相連的程序選擇開關將某一電信號提供給單片機，由其判定識別后，調出與該信號相對應的檢測程序，程序選擇開關各點的電位不同，它們分別與各自的檢測程序相對應。
4.根據權利要求1所述的電腦通用檢測控制儀，其特征在于在單片機的兩個接口上分別連接可向該接口提供信號電平的操作按鈕，通過按鈕驅動檢測程序運行和重復測量。
5.根據權利要求1所述的電腦通用檢測控制儀，其特征在于所述的信號發生控制器是由直流信號輸出電路，可調頻、調幅的交流信號輸出電路構成；在直流信號輸出電路的兩輸出端上分別連接有程控繼電器J1、J2的兩個觸點，兩觸點的輸出端分別與兩接口端子相連，通過控制兩觸點的吸合與釋放，使其輸出極性可逆變的直流信號。
6.根據權利要求2所述的電腦通用檢測控制儀，其特征在于所述的傳感元件為磁傳感器，它由固定磁軛、活動磁軛以及將被測載流導線固定在磁軛內的定位機構組成，固定磁軛的一端通過連接軸與活動磁軛的一端相連，活動磁軛可繞軸旋轉呈開、合兩種狀態，兩磁軛的另一端在閉合時可以相互插合在一起。并用連接件將其緊固，定位機構設置在磁軛內。它將穿過磁軛內的導線固定，使導線中心與磁傳感器線圈軸線距離恒定。
專利摘要本實用新型涉及一種能對各種電參量進行檢測和輸出控制信號的儀器，用來對電子儀器進行綜合檢測，它主要由以單片機為核心的信號處理電路、模擬信號的輸入電路、數字量輸入輸出電路、信號發生控制電路、以及相應的電路接口組成，該儀器是利用程序選擇開關來調出檢測程序，利用按鈕驅動程序，并且配備多組連接導線，其特點是通用性強，功能齊全，一臺檢測控制儀基本上能對電子、電氣領域中所有儀器和設備進行綜合檢測。
文檔編號G01R35/00GK2119667SQ9220744
公開日1992年10月21日 申請日期1992年4月15日 優先權日1992年4月15日
發明者王敦強, 賴慶波, 王瑾, 李貞宋, 王剛, 王毅 申請人:王敦強, 賴慶波, 王瑾, 李貞宋, 王剛, 王毅