基于STM32的數字化萬用表校驗儀制作

摘 要：針對現有的萬用表校驗儀存在的不能實現自校準，顯示不清晰，器件老化精度降低等問題，設計了一種基于STM32的數字化萬用表校驗儀，詳細介紹了該校驗儀各單元的電路設計。改進后的校驗儀校驗結果準確度高，操作方便，大大提高了工作效率。

關鍵詞：萬用表；校驗儀；制作

1 引言

萬用表是電工必備的儀表之一，在萬用表實訓過程中同學們往往需要對自己制作的萬用表進行校準，以便使自己裝的萬用表準確度更高。通常我們采用的方法是用固定的電阻、電壓、電流來對萬用表進行校準，這樣做往往誤差很大，而且工作量大，僅能對固定幾個檔位進行校準，使校準工作煩瑣而且不準確。國內市場上生產萬用表校驗儀的廠家不多，其主要使用對象是針對工廠或者研究院，集成功能多，操作非常繁瑣，且價格昂貴，不適合學生實習實訓使用。本文設計了一種基于STM32的數字化萬用表校驗儀，是在原有的萬用表校驗儀的基礎上進行技術改造，解決了其電壓輸出不穩，不能自校準，顯示不清晰，精度低、操作不方便等問題。

2 校驗儀整體方案設計

2.1 標準電阻網絡：設計制作能夠通過軟件控制輸出特定阻值電阻硬件電路，并能夠滿足微調功能；包含程序模塊，并為嵌入整機程序留好端口。

2.2 電流源網絡：設計制作一個輸出電流數控可調的電路，并有微調功能；包含程序模塊，并為嵌入整機程序留好端口。

2.3 電壓源網絡：設計制作一個0～500V的50HZ正弦波電壓可數控調節的電路，并有微調功能；包含程序模塊，并為嵌入整機程序留好端口。

2.4 整機軟件測控網絡：設計編寫液晶+按鍵+旋鈕的人際交互界面，并設計制作AD采集網絡單元；程序部分留有接入以上各部分程序端口。

3 校驗儀硬件設計

3.1 電阻檔電路

圖中，P402插件留的位置是接入微調電位器，目的是方便微調，并配合軟件計算實現校驗儀自動識別所校驗萬用表存在的誤差。

3.2 電流檔電路

通過三極管恒流源電路設計可控恒流源電路，采用開環增益大的運放作為閉環控制，減小由于三級管的非線性誤差。由于此電路依然是電壓控制輸出，所以可以通過軟件控制數/模來實現輸出電流的控制。

3.3 電壓檔電路

3.4 控制電路

控制電路主要是繼電器、光耦隔離器、74LS138等組成。光耦是用來隔離繼電器電路對CPU的I/O口的干擾的，74LS138則是用來集中控制光耦藕合隔離器的，借助每次只能輸出一個低電平來實現3個端口控制8路通道，減少I/O的使用數量。

3.5 電源電路

電源是電子設備中的必備的電路模塊，電源方案的設計與電源電路特性的好壞直接影響電路工作的穩定程度。本機電源主要分為幾個部分：放大器供電電路、恒流源供電電路、數字電路電源、繼電器網絡供電電源。

其中繼電器供電電源與數字電路供電電源均是由DC-DC開關電源擔負，放大器供電和恒流源供電則均是由線性集成穩壓器來提供。

4 校驗儀軟件設計

校驗儀軟件包括主程序、初始化子程序、觸摸屏掃描子程序、按鍵掃描子程序、AD/DA轉換子程序、檔位切換子程序、短路報警子程序、數據反饋子程序、數據處理子程序等。本文主要介紹主程序、數據處理、顯示子程序。

4.1 主程序

校驗儀上電后首先初始化STM32及其外設，待有按鍵或觸摸屏輸入時，進入相應的子程序進行校驗功能，并將結果顯示在LCD上。主程序流程如圖5所示。

4.2 數據處理、顯示子程序

數據處理子程序中，交流電壓檔對50HZ的交流信號一個周期內采集了1000個數據，求取其最大值，然后采用中值平均濾波算法和遞推平均濾波算法對數據進行處理。直流電壓檔和電阻檔也是采集多組值經排序取中間值后進行中值平均濾波和遞推平均濾波。經濾波后避免了因偶然因素引起的波動干擾，對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高。如圖6所示：

5 結束語

基于STM32的數字化萬用表檢驗儀的設計緊貼實際應用，在萬用表實訓過程中很好的發揮了其自身價值，大大節約了學生在萬用表制作過程和老師在評分過程中所用的時間，也提高了同學們的實訓的質量，既解決了教學中的實際問題，提高了老師的工作效率，還為學校減少因購置類似設備而進行的必要的教學開支。

參考文獻

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作者簡介：魏保立（1973-），男，漢族，鄭州鐵路職業技術學院教師，講師，工程碩士學位。主要研究方向數控技術。