原创 【博客大赛】简易电阻、电容和电感测量仪

2013-4-26 22:49 4024 1 7 分类: 电源/新能源

 

 

          本系统主要采用TI公司生产的MSP430F1611低功耗单片机作为主控制器,由NE555定时器产生方波振荡器,通过改变电阻和电容的大小,得到不同的频率,以及由电容三点式电路中改变电感大小得到不同的频率,再经过按键控制模拟开关调换不同档位,单片机时钟端口捕获,内部软件计算得到电阻、电容和电感的大小。

1.方案论证

1.1电阻测量方案

通过分压、分流及振荡等不同电路可以分别进行电阻的测量选择。

方案一:根据串联分压原理Rx=Ux/(Uo/Ro)可知串联电路上电压与电阻成正比关系。通过测量Ro与Rx上的电压,再由公式计算得出电阻大小,但该电路的缺点是电路简单,误差较大,完成不了题目的精度要求。

方案二:利用直流电桥平衡原理,通过调节已知电阻与调节电位器的方式可以计算出Rx,但缺点是要测量所调节的电位器阻值,并不符合题目的要求。

方案三:利用555定时器构成的多谐振荡器,通过不同的Rx可以产生不同的频率方波,再经由单片机的测频,能够很好的完成精度问题并显示不同的阻值,可行性很好。

比较三种方案,选择方案三能够完成题目的要求。

1.2电容测量方案

通过串并联及振荡等不同电路可以分别进行电阻的测量选择。

方案一:直接通过串联电路原理,通过电容换算的容抗跟已知电阻的分压,用分压公式测量电容大小,但缺点是精度不高,完成不了题目的要求。

方案二:利用交流平衡原理,通过调节Z与已知的电容容值,可以完成Zx的测量,但缺点是要测量调节电容Z的容值,不符合题目要求。

方案三:利用555定时器构成的多谐振荡器,通过不同的Zx可以产生不同的频率方波,再经由单片机的测频,能够很好的完成精度问题并显示不同的阻值,可行性很好。

比较三种方案,选择方案三能够完成题目的要求。

1.3电感测量方案

方案一:直接通过串联电路原理,通过电感换算的感抗跟已知电阻的分压,用分压公式测量电感大小,但缺点是精度不高,完成不了题目的要求。

方案二:电容三点式构成的正弦波振荡器,通过不同的Lx可以产生不同的频率方波,再经由单片机的测频,能够很好的完成精度问题并显示不同的阻值,可行性很好。

通过比较,方案二精度高,选择方案二。

1.4显示方案

不同的显示器有各自不同的显示功能,并完成其相应的要求。

方案一:采用LED数码管显示,容易读数,但其缺点是只能显示一些简单的数字与字符,完成不了多功能的显示。

方案二:采用1602液晶显示,显示字符多,而且具有低功耗节能的优点,能够很好的完成题目的要求。

根据题目的多功能要求,故选择方案二。

2.总体方案的描述

根据题目的要求,系统一共分为三大部分,第一部分为电阻、电容和电感的振荡电路,包括555定时器的方波振荡模块;第二部分为量程切换部分,主要用到模拟开关模块;第三部分为控制显示部分。

当测量不同的电阻时,自动切换档位,通过单片机内部的软件程序,计算出被测电阻值。

 

5.1调试方法和过程  

采用先分别调试各个单元模块,调通后再进行整机调试的方法,提高调试效率。各个单元均调通后,进行整机调试。调试成功后再将程序写入单片机中进行调试。调试结果显示,整个系统能够正常工作。

5.2测试仪器  

函数发生器(INSTEK FUNCTION GENERATOOR) 

万用表(M9803 TRUE RMS MUL TIMETER)

示波器(OSCILLOSOPE GOS-620 )20M

5.3 测试数据

首先连接好电路,分别进行电阻、电容和电感的测量。

5.3.1 电阻测量数据如下表1

表1 电阻数据测量

标准值(Ω)

万用表测量(Ω)

本仪器测量(Ω)

误差(%)

470000

470000

452000

3.8

180000

180000

178000

1.1

68000

68000

66000

2.9

10000

10000

9980

0.2

1000

1000

1230

23

470

470

590

25.5

5.3.2 电容测量数据如下表2

表2 电容数据测量

标准值(pF)

万用表测量(pF)

本仪器测量(pF)

误差(%)

100000

78600

89200

10.8

10000

9890

10142

1.42

2200

2020

2450

11.4

1000

928

1100

10.0

100

83

122

22.0

5.3.3 电感测量数据如下表3

表3 电感数据测量

标准值(mH)

万用表测量(mH)

本仪器测量(mH)

误差(%)

10000

10000

11700

17.0

8200

8200

8299

1.2

1000

1000

1100

10.0

470

470

457

2.8

220

220

216

1.8

 

6.测试误差及分析

6.1 理论分析误差

用时钟信号扫描输入信号时,上升沿和下降沿之间的脉宽发生变化时MCU未能准确捕获,导致最后的计算产生误差;硬件电路的频率与测量元件并不是严格的线性关系对应,计算公式有一定的误差。

6.2 实际测量误差  

在系统工作做状态下测量时,外界干扰和测试仪器的微小偏差导致测量的不精确。温度对测量元器件有较大影响。

 

文章评论6条评论)

登录后参与讨论

billzhu_345737527 2015-10-25 22:30

Well done aritcle that. I'll make sure to use it wisely.

tdmn3374_407433933 2013-5-8 08:12

呵呵,不错!!!

ziyoujie_657044612 2013-4-29 18:58

利用交流平衡原理,通过调节Z与已知的电容容值,可以完成Zx的测量,但缺点是要测量调节电容Z的容值这个工过程可行吗?

ziyoujie_657044612 2013-4-29 18:41

用时钟信号扫描输入信号时,上升沿和下降沿之间的脉宽发生变化时MCU未能准确捕获,导致最后的计算产生误差的原因是什么?

billzhu_345737527 2013-4-29 18:24

博主写的不错啊!

sjuujjmm_410398603 2013-4-29 11:14

TI公司生产的MSP430F1611低功耗单片机作为主控制器对电阻、电容和电感测量仪作用看来真大啊。
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