专利名称：一种大量程峰值电压数显表的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电压峰值的测量仪器，具体为一种大量程峰值电压数显表，可以对交流电压的峰值进行智能检测，并通过数码管显示出来的装置。
技术背景电压峰值是工程实践中非常重要的一个电工参数，也是各种电器产品在其设计和使用中必须考虑的安全因素之一。对于直流电压而言，有效值、峰值、平均值都是相同的，通常选用磁电式仪表进行测量；对于正弦交流电压而言，峰值约为有效值的1.414倍，通常选用电磁式或电动式仪表测出有效值后，按比例计算峰值。然而对于非正弦电压来说，峰值与有效值之间并不存在固定的比例关系，这时电压峰值必须由专用的设备来测量。传统的电压峰值测量仪只能在其一定的测量范围内得到比较精确地测量结果，测量范围较小，且精度不高
实用新型内容
本使用新型的目的在于解决上述问题，设计了一款大量程型峰值电压数显表，该仪器可以根据所测量峰值电压的大小自动选择量程，量程自动切换电路由一个四选一多路开关以及一个运算放大器和两个双向开关构成，该电压表拥有四个档位，可测量大小为 lmV-lOOOV，频率范围0-1000HZ的电压峰值。且测量精度更高，最高可达到1 μ ν，并可数字显示测量结果；被测电压的波形不受限制，周期性或非周期性均可，因此适用范围更广；加入相应的计算判断�？楹秃笙蚩刂频缏罚墒迪挚刂频淖远椭悄芑�。本实用新型的技术方案为一种大量程峰值电压数显表，该数显表由自动切换及峰值电压采集电路、A/D转换电路、主控电路组成，其中主控电路包括单片机、键盘和显示器；其连接方式为单片机I/O 口分别与键盘和显示器相连；自动切换及峰值电压采集电路输出端与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路输出端与主控电路中的单片机的输入端相连，A/D转换电路与自动切换及峰值电压采集电路的控制端分别与单片机相连。所述的自动切换及峰值电压采集电路包括一个四选一选择开关，一个运算放大器，两个双向开关，二极管D1，电容Cl，以及电阻Rl，R2。连接关系为采集到的电压信号送入四选一多路开关的输入端，四选一多路开关的控制引脚与单片机相连；四选一多路开关的输出端通过电阻Rl与运算放大器的正极相连，R2与第一个双向开关并联在运算放大器的两端；经过运算放大器放大后的电压信号通过二极管Dl送入电容Cl，同时Cl与第二个双向开关并联。所述的主控电路包括单片机，6位数码显示管，以及键盘，连接关系为单片机通过串、并口与键盘和6位数码显示管相连；本实用新型的有益效果为本实用新型的价格低廉、体积小、便于携带，可测量峰值电压的范围比较大，可测量大小为lmV-lOOOV，误差可达到Ιμν，并且被测电压的波形不受限制，周期性或非周期性均可。
图1是本实用新型的数显表的组成结构图；图2是本实用新型自动切换及峰值电压采集电路的结构图；图3是A/D转换电路的电路连接图；图4是本实用新型的主控及数字显示电路的电路连接图；图5为本实用新型大量程峰值电压数显表的主程序流程图；图6为本实用新型大量程峰值电压数显表的中断子程序流程图。
具体实施方式
本实用新型具体实施方式
如下本实用新型的结构如图1所示，一种大量程峰值电压数显表，该数显表由自动切换及峰值电压采集电路、A/D转换电路、主控电路组成。其连接方式为单片机I/O 口分别与键盘和显示器相连；自动切换及峰值电压采集电路输出端与A/D转换电路的输入端相连， A/D转换电路输出端与主控电路中的单片机的输入端相连，A/D转换电路与自动切换及峰值电压采集电路的控制端分别与单片机相连。自动切换及峰值电压采集电路的输出端与AD转换芯片的输入端相连，模拟的电压信号经A/D转换为数字信号并送入单片机，四选一多路开关的控制引脚以及AD转换芯片的中断控制引脚分别与单片机相连。所述的自动切换及峰值电压采集电路，如图2所示，包括一个四选一选择开关 (1)，一个运算放大器(3)、双向开关0)，双向开关G)、二极管D1，电容Cl，以及电阻R1， R2 ；连接关系为采集到的电压信号送入四选一多路开关(1)的输入端，多路开关(1)的控制引脚与单片机的P. 0与P. 1相连，多路开关(1)的输出端经过电阻Rl与运算放大器(3)的正极相连，R2与双向开关( 并联在运算放大器(3)的两端。经过运算放大器C3)放大后的电压信号通过二极管的Dl送入电容Cl，同时Cl与双向开关并联。所述的主控电路，包括单片机89C52，6位数码显示管，以及键盘，连接关系为单片机通过串、并口与键盘和6位数码显示管相连，具体器件组成如图4所示；所述的AD转换电路都是公知的电路，具体器件组成如附图3。具体操作步骤为1.自动切换及峰值电压采集电路的作用是取得被测电压信号，且能够在主控电路的控制下自动对高压进行适当的降压和对低压进行适当的放大，例如当被测电压在O-IV 之间时，电压表设置为1档位，多路开关的输入端和输出端短接，使输入的电压直接送入运算放大器，并控制双向开关1断开，使放大后的电压满足后续电路的需要。当被测电压为 10-100V之间时，电压表设置为2档位，输入的电压通过多路开关进行降压，同时控制双向开关2闭合，使运算放大器短接，降压后的电压通过二极管给电容Cl充电。并利用电容使采集到的峰值电压在一定周期内保持不变，采集完毕后通过双向开关4对电容电压进行放电。以上四选一多路开关的切换，以及双向开关的通断皆有单片机根据程序自动控制。A/D转换电路图中采用了 12位的AD574芯片，具有转换精度高达0.05%和转换速度快达25 μ s的特点。将经过调压之后的峰值信号送入A/D转换芯片的输入端，同时控制单片机启动A/D转换，并将采集到的模拟信号转化为单片机可以识别的数字信号，由于这种型号的芯片内有三态输出缓冲电路，可直接与微处理器相连，因此不必再附加逻辑接口电路。3.主控电路是本仪表的核心部分，主处理芯片采用89C52，片内集成ROM和RAM， 程序存储器用于存储软件；数据存储器用于存储近阶段的测量数据，以便于用户查询，对电压峰值的异常波动及时作出反映，该功能对电力系统和工业生产过程的监测十分重要。键盘及数据显示部分也包括在主控电路中，键盘采用中断输人方式，占用89C52的外中断口 INTO ；显示由6位LED组成，采用静态显示和译码方式。本仪表的软件包括主程序、中断程序和一系列子程序。中断子程序分别响应按键中断和AD中断，主程序则用于控制整个系统的有序工作。仪表通电后，主程序首先进行初始化，在收到由键盘送来的“开始测量”中断信号后，启动AD，由AD中断响应程序对AD数据进行计算判断以确定合适的量程，并存储采样数据。然后，主程序对采样数据进行补偿纠正计算，并搜索被测电压的最大采样值(峰值)。该采样值经转换后用数码管显示输出。采样周期由软件设定，为提高测量的准确性，采样周期应适当减小。对于呈周期性变化的交流电压信号，采样周期不应大于被测信号周期的1/10。图5所示实施例表明本实用新型大量程峰值电压数显表的主程序流程是程序初始化一开中断一测量是否完成？ N—返回测量；Y，标志为1 — A/D转换一调用数据处理子程序一调用显示子程序一清除测量完成标志。图6所示实施例表明本实用新型峰值电压数显表的中断程序流程是保存中断现场一第一次中断？ N—转入第N次中断？ ；Y—开定时中断TO—第η次中断？ N—中断次数加1 —结束；Y—关闭定时器TO—存储时间及中断次数一中断次数及定时器复位一置位测量完成标志一恢复现场一结束。中断程序分别响应按键中断和AD中断。在实现电容量测量过程中，其程序包括主程序(图幻和中断处理子程序(图6)。主程序(图5)由初始化(步骤1)、开中断(步骤2)、测量完成标志(步骤3)、AD 转换(步骤4)调用数据处理子程序(步骤幻、显示子程序(步骤6)、清楚标志位(步骤7) 组成。中断处理子程序(图6)整体作为(步骤2)执行。其程序的运行过程如下(1)单片机上电后，首先对程序进行初始化，系统设置初始值及标志位。(2)接通电源后，单片机的晶振电路开始工作，此时发出第一个脉冲，系统开中断， 启动定时器TO开始定时，中断服务程序对TO重新装入时间常数。(3)开中断后，系统执行中断处理子程序(图6)，开定时中断T0，然后判断是否为第N次中断，若是第N次中断，则关闭定时器T0，存储时间和中断次数，中断次数及定时器复位，然后对完成标志进行判断(步骤3)。若不是第N次中断，则中断次数自动加1，然后再对完成标志进行判断(步骤3)。(4)中断处理程序(步骤2)完成后，对测量完成标志进行判断，若测量完成标志为 1，进行AD转换(步骤4)，然后调用数据处理子程序(步骤幻和显示子程序(步骤6)，显示测量值。若测量标志不为1，则跳回步骤2继续判断。(5)测量标志位为1时，系统调用数据处理子程序，对数据进行分析处理。[0036](6)步骤5对数据进行分析处理后，系统自动调用显示子程序，显示测量结果。(7)测量结果显示后，系统进入清除测量完成标志，自动转入步骤2，进行下一次的测量判断。系统在对未知峰值电压进行测量时，反复运行上述程序。在对不同电容量测量时， 系统自动切换量程。其控制实现了智能化。本实用新型未述及之处适用于现有技术。
权利要求1.一种大量程峰值电压数显表，其特征为该数显表由自动切换及峰值电压采集电路、 A/D转换电路、主控电路组成，其中主控电路包括单片机、键盘和显示器；其连接方式为单片机I/O 口分别与键盘和显示器相连；自动切换及峰值电压采集电路输出端与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路输出端与主控电路中的单片机的输入端相连，A/D转换电路与自动切换及峰值电压采集电路的控制端分别与单片机相连。
2.如权利要求1所述的大量程峰值电压数显表，其特征为自动切换及峰值电压采集电路包括一个四选一选择开关，一个运算放大器，两个双向开关，二极管D1，电容Cl，以及电阻R1，电阻R2 ；连接关系为采集到的电压信号送入四选一多路开关的输入端，四选一多路开关的控制引脚与单片机相连；四选一多路开关的输出端通过电阻Rl与运算放大器的正极相连，电阻R2与第一个双向开关并联在运算放大器的两端；经过运算放大器放大后的电压信号通过二极管Dl送入电容Cl，同时电容Cl与第二双向开关并联。
3.如权利要求1所述的大量程峰值电压数显表，其特征为所述的主控电路包括单片机，6位数码显示管，以及键盘，连接关系为单片机通过串、并口与键盘和6位数码显示管相连。
专利摘要本实用新型为一种大量程峰值电压数显表，该数显表由自动切换及峰值电压采集电路、A/D转换电路、主控电路组成，其中主控电路包括单片机、键盘和显示器；其连接方式为单片机I/O口分别与键盘和显示器相连；自动切换及峰值电压采集电路输出端与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路输出端与主控电路中的单片机的输入端相连，A/D转换电路与自动切换及峰值电压采集电路的控制端分别与单片机相连。本实用新型的价格低廉、体积小、便于携带，可测量峰值电压的范围比较大，可测量大小为1mV-1000V，误差可达到1μv，并且被测电压的波形不受限制，周期性或非周期性均可。
文档编号G01R15/09GK202210117SQ201120192140
公开日2012年5月2日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者周亚同, 张伟, 黄晓松 申请人:河北工业大学
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