劉富星，任全會(huì)

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 451460)

便攜式電容電感測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉富星，任全會(huì)

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 451460)

為了解決傳統(tǒng)的C(電容)、L(電感)測(cè)量?jī)x器體積大、精度低的問(wèn)題，提出了便攜式電容電感測(cè)試系統(tǒng)，此系統(tǒng)運(yùn)用電容(電感)-電壓轉(zhuǎn)換原理，把被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和處理，系統(tǒng)的控制核心和數(shù)據(jù)處理中心是STC89C52單片機(jī)。測(cè)試結(jié)果表明，此系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、精度高的優(yōu)點(diǎn)，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

單片機(jī)；電容電感測(cè)量；模數(shù)轉(zhuǎn)換

常用元器件的性能測(cè)試在電子設(shè)計(jì)中非常重要，特別是對(duì)電容、電感的測(cè)量。現(xiàn)在C、L測(cè)量?jī)x器種類繁多，測(cè)量方法各異，優(yōu)缺點(diǎn)也很明顯。傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x大多是臺(tái)式的，體積較大，攜帶很不方便，雖然測(cè)量方法比較簡(jiǎn)單，但是普遍存在測(cè)量精度低、無(wú)記憶功能、無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量的問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，設(shè)計(jì)了便攜式電容電感測(cè)試系統(tǒng)，此系統(tǒng)主要運(yùn)用電容(電感)-電壓轉(zhuǎn)換原理，使用STC89C52單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)控制中心[1]，具有集成度高、體積小、攜帶方便、測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。

1 硬件設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。此系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)控制中心是STC89C52 單片機(jī)，主要硬件電路由測(cè)量電路、虛實(shí)分離電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)電路等構(gòu)成。

1.1 測(cè)量電路

測(cè)量電路主要使用的是集成電路LF356，通過(guò)此芯片可以構(gòu)成反向運(yùn)算電路配合繼電器進(jìn)行工作，此電路的主要功能是把待測(cè)信號(hào)(C和L)的參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。具體的硬件電路如圖2所示。

圖2 測(cè)量電路硬件原理圖

1.2 虛實(shí)分離電路

此電路主要包含AD633乘法器和低通濾波器兩部分。硬件電路如圖3所示。

圖3 虛實(shí)分離硬件電路圖

把電壓信號(hào)輸入到乘法器中，分別與信號(hào)源輸出的正弦和余弦參考信號(hào)相乘，這樣通過(guò)乘法器的低通濾波處理就可以準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)實(shí)部和虛部分離[2]。

1.3 AD 轉(zhuǎn)換電路及主控制電路

被測(cè)信號(hào)(C和L)參數(shù)的虛部和實(shí)部電壓通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換就能得到數(shù)字信號(hào)，把此數(shù)字信號(hào)通過(guò)核心器件單片機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路選用的芯片是ICL7135，通過(guò)MC1403和ICL7660提供需要的1 V和-5 V的電壓。單片機(jī)是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，系統(tǒng)選用的是STC89C52型單片機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)主要是運(yùn)算速度快、抗干擾能力強(qiáng)。具體的硬件電路如圖4所示。

圖4 AD轉(zhuǎn)換及主控電路圖

2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件主要通過(guò)C語(yǔ)言編寫(xiě)完成，主程序流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

3 測(cè)試結(jié)果和結(jié)論

3.1 測(cè)試結(jié)果

為了驗(yàn)證本測(cè)量系統(tǒng)的正確性，進(jìn)行了一系列的測(cè)試，測(cè)量的電容樣本為200 pF～2μF。同時(shí)還使用Wayne Kerr Electronics公司的6500系列阻抗測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，把測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比[3]。測(cè)量的參數(shù)為電容值(C)和損耗因數(shù)(D)。測(cè)試的結(jié)果如表1所示。

表1 C測(cè)試結(jié)果

測(cè)量的電感樣本為2～200 mH。同時(shí)還使用Wayne Kerr Electronics公司的6500系列阻抗測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，把測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。測(cè)量的參數(shù)為電感值(L)和品質(zhì)因數(shù)(Q)。測(cè)試的結(jié)果如表2所示。

表2 L測(cè)試結(jié)果

3.2 結(jié)論

通過(guò)測(cè)試的數(shù)據(jù)可以看出，本測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確，誤差小。因?yàn)橄到y(tǒng)都是采用集成電路，所以整個(gè)系統(tǒng)的體積很小，便于攜帶，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)空間。

[1]劉軍, 李智.基于單片機(jī)的高精度電容電感測(cè)量?jī)x[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù), 2007,26 (6):48-51.

[2]韋煒.新型電容電感測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器, 2013(1):69-72.

[3]何飛，榮軍，黃廣華，等.智能電阻電容電感測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].電子技術(shù), 2013(1):63-65.

[責(zé)任編輯：趙 偉]

Design of Portable Capacitance and Inductance Measurement System

LIU Fuxing,REN Quanhui

(Zhengzhou Railway Vocational and Technical College,Zhengzhou 451460,China)

In order to solve the traditional C, L measuring instruments, large volume and low accuracy problem, this paper proposes portable capacitance and inductance measuring system, this system using capacitive (inductive) voltage conversion principle, the measured signal is converted into a voltage signal calculation and processing, system control center and data processing center is STC89C52 microcontroller. The test results show that this system has the advantages of simple structure, small size, high measurement accuracy, and it has wide application value.

MCU; capacitance and inductance measurement; AD conversion

2016-08-24

劉富星(1981—)，男，河南尉氏人，鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師, 研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。 任全會(huì)(1978—)，男，河南中牟人，鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系副教授，研究方向?yàn)殡娮有畔⒐こ碳夹g(shù)。

G642

A

1008-6811(2017)01-0006-04