基于STC单片机的电机电阻自动测量系统

摘要： 介绍了基于stc单片机控制的电阻自动测量系统的结构和功能。该设计依据四引线测量法,采用AD620芯片作为仪表放大器、ICL7135为AD转换器构成测量电路。该测量系统具有测量精度高、性能可靠、智能化等优点。

关键词： 单片机系统；自动测量；恒流源

中图分类号：U464.138+.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）23-0029-02

0 引言

电机是日常生活中一种应用非常广泛的动力装置，在电机参数中，电机相电阻是一个重要指标。在电路测量过程中，常常会碰到忽略某些小电阻的影响，而引起测量数据与理论值之间存在较大误差的情况，从而影响测试结果。传统的检测是人工电桥测量方法，需要在电机停止运转后进行测量，这样操作过程繁琐、劳动强度大、测试速度低，精度难以保证，因此，需要研制电机电阻进行自动测量的系统。

在水泵检测中为精确测量三相电机的线电阻，从而计算电机的各种损耗，最后计算出电机效率，我们研制了一种新型的三相电阻自动测试仪。

本文选用了单片机来设计该测量仪。该测量仪直接从LCD显示屏上读出所测得的电阻值，同时叫以把测试的数据进行储存，然后经串行口送入上位机，通过上位机得以对所测得的数据进行分析和处理。该测试仪测量简便，读直观，测量精度及分辨率也优于一般电桥，可应用于研究所和工作现场。

该测试仪采用STC单片机，ICL7135作为A/D转换芯片，以及RS485通信系统。测试过程全部由单片控制自动实施，精度高，复测性好，简单易行。适用于不同的工作环境。电阻测试仪渗透了大量的微处理技术，其测量功能，内容与精度是一般仪器所不能相比的。

1 系统总体构思与主要性能指标

1.1 系统的总体构思 自动测量系统主要包括电源电路、电流源产生电路、继电器切换电路、放大调理电路、A/D转换电路、显示和键盘电路、单片机系统电路等部分，总体结构框图如图1。

1.2 系统的主要性能指标

测试范围：5mΩ～30Ω

显示位数：4 1/2位LED显示

测试速度：10次/s

2 电阻测量的基本原理

双臂电桥测低电阻很准确。但是，从测量需用的时间来看，因其测试电流大，易使电阻发热且需要调平衡，故难于快速测试。从测量所需用的空间来看，在有些特殊的位置上受限制，很难确保双臂电桥的4个臂同时接触良好。用数字万用表（万用表的规范名称为多用表）低电阻档能进行快速测量，可是测不准。数字多用表无法精确测量0.01～19.99Ω的低电阻，为了测得更准，人们正在想方设法去消除标准电阻的引线电阻。

由于4 1/2位数字多用表的DC200mV档有较高的准确度在±（0.05%读数＋0.03mV），人们往往用伏安法来测低电阻。用DC200mV 挡测得待测电阻上的电压降U，同时还要用数字多用表的直流电流挡测得流过待测电阻的电流I，然后算得R=U/I。虽然此法排除了数字电压表与待测电阻的接触电阻与待测电阻的引线电阻的影响，但要用两块数字电表，投资较大。另外要同时读取两块电表的示数，不如只读取1块表的数据来得快速，似乎还有改进的余地。为此笔者探索出引进了电流源电路来测量电阻的方法[2]。

其基本原理是，其中U是电阻两端的电压，I是流过电阻的电流R=U/I，测量时使电机绕组流过已知的电流，测量绕组两端电压，即可以通过式1计算出绕组电阻。

电阻的测量原理虽然简单，但是由于电机绕组电阻值较小，一般在0～30欧姆之间，因此在进行自动测量时，如果导线较长，则由于导线电阻和共模干扰可能引入较大的测量误差。要想实现精确测量，必须采用抗共模干扰好的放大器及消除导线电阻。其中，消除共模干扰采用高精度仪表放大器，消除导线电阻的方法则采用4线制测量方法。

为了消除引线电阻和接触电阻对测量微小电阻的影响，采用四引线测量，即在被测的小电阻两端接上4根相同导线电阻的镀银导线[3]。

电流源产生电路，其工作原理是由基准电压源产生恒定电流源。其中U3是基准源电路TL431，产生2.4V左右的基准电压，通过电位器调节送到运放的U2A组成的同相放大电路中，使电压放大到5V左右，U2D则构成电流源电路，其电压电流转换公式为：I=U/250A。

如果把U2A的输出电压调整为5V的话，则电流源为20mA。

3 仪表放大电路及继电器切换电路

因为微电阻测量要求放大器的分辨率高、线度好、输入阻抗高、漂移低、抑制噪声和抗干扰能强，所以在本电路中，由于电阻输出的电压信号很小，若进行高精度的测量，则要求性能很高的放大器。为此，设计了一种低噪声、低漂移、灵敏度优放大器。

AD620是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至10000。此外，AD620采用8引脚SOIC和DIP封装，尺寸小于分立电路设计，并且功耗更低（最大工作电流仅1.3mA），因而非常适合便携式或远程应用。

AD620具有高精度、低失调电压和低失调漂移特性，是精密数据采集的理想器件。此外，AD620还有低噪声，低输入偏置电流和低功耗特性。由于其输入级采用Superξeta处理，因此可以实现最大1nA的低输入偏置电流，并且作为前置放大器使用效果很好。

在电路中，对共模信号有良好的抑制能力，电路采用了深度负反馈，闭环增益与电源电压负载、温度、放大器件参数等的变化基本无关。反馈网络选用精度很高的线绕电阻构成，通过调整两级放大器的反馈电阻阻值，使整个DC放大器的增益固定为1000，稳定性很高。

4 A/D转换电路

A/D转换器采用ICL7135，双积分原理，抗干扰能力强、转换精度高，其分辨力可以达到20000个码，相当于14位。ICL7135和单片机接口如图3所示。ICL7135具有结果显示功能，每显示一位数据STR端产生负跳变，该信号接到单片机的INT0引脚，配合D5引脚，即可把转换数据读入到单片机中。