2基于太阳能高精度分立元件语音播报测试仪

基于太阳能高精度分立元件语音播报测试仪杨硕1朱丽芳2刘颖3徐长英2王立1（1.南昌航空大学测试与光电工程学院，南昌市丰和南大道696号，330063）（2.南昌航空大学工程训练中心，南昌市青山湖区上海路173号，330034）（1.南昌航空大学信息工程学院，南昌市丰和南大道696号，330063）摘要：本文介绍的是给予单片机开发的高精度太阳能分立元件测试仪。此测试仪采用太阳能供电，能自动识别元件，具有数据记忆储存输出功能；实现自动测量元件，其测得元件参数具有高精度；同时可以语音播报出元件的类别和参数。关键词：SPCE061A单片机自动测量仪太阳能供能1、引言：测量电子元器件集中参数R、C、L的仪表种类较多，方法也各有不同，但都有其优缺点。一般的测量方法都存在计算复杂、不易实现自动测量而且很难实现智能化。在这里我们着重要介绍的是把电子元件的参数R、C、L转换成频率信号f，然后用单片机计数后在运算求出R、C、L，并送显示，转换原理分别是RC振荡和LC三点式振荡，这样就能够把模拟量近似的转换位数字量，而频率f是单片机很容易处理的数字量，这种数字化的处理便于使仪表实现智能化，方案中用到的单片机是凌阳的16位单片机SPCE061A，由于该单片机CPU具有丰富的I/O口和丰富的时基信号，为我们提供了极大的方便，其中可以利用I/O口置高低电平来实现量程的转换，由于单片机SPCE061A的定时器可以通过外部时钟源来计数，我们便可以将555电路或电容三点式振荡电路产生的频率作为SPCE061A的定时器的时钟源，这样就很容易得到被测R/C/L对应产生的频率。而且SPCE061A具有语音处理功能，我们在显示的基础上还可以加入语音播报，使得整个测量过程更加智能化。另外在供能方面我们选择太阳能供能，可以为测试仪源源不断供能。2.测量原理：电阻的测量采用“脉冲计数法”，如下图所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小。其主要原理是：测Rx是一个由555电路构成的多谐振荡电路。它的振荡周期为：121212(ln2)()(ln2)xTttRRCRC为使振荡频率保持在10~100kHz这一段单片机计数的高精度范围内，需要选择合适的C8值和R4值。测量Cx的也是一个由555电路构成的多谐振荡电路。当R1=R2时113(ln2)XxfRC1113ln2xCRf测量Cx的两个量程需要对R1进行不同的取值，达到测量精度要求。测量Lx的是电容三点式振荡电路，在这个电容三点式振荡电路中，C1、C2分别采用1000pF和2200pF的独石电容，其电容值远大于晶体管级间电容，可以把级间电容忽略。这样根据振荡频率公式：12xxfLC即2214xxLfC由于单片机只能计几百KHz的频率，因此在测量电感这一档时，需要分频后送单片机计数。3.系统硬件结构：图1测试系统硬件结构图4.电路方框图及说明拟采用切换开关，自动识别、测量元件。通过震荡电路将电子元件的参数R、C、L转换成频率信号f，经单片机处理得到R、C、L的参数，能显示数据并进行语音播报。测试仪外部供电采用小型太阳能电源。图2电路方框图5.多路选择开关电路利用CD4052实现测量类别的转换，CD4052是双4选一的模拟开关选择器件。当选择了某一电阻电容电感测试仪（自动识别）语音播报数字显示太阳能电源功能电源被测电阻二极管指示被测电容RC振荡电路分频电路RC振荡电路电容三点式振荡式电路SPCE061A单片机被测电感数字显示多路选择CD4052语音播报按键选择测量电路频率量程转换fff量程转换通道的频率后，输出频率通过通过IOB4作为CPU定时器的时钟源并开始计数，当计数到3秒后读出计数器的值，除以3就得到了被测R/C/L所对应产生的频率，通过计算得到要被测值语音播报测量结果，当测试结果显示相对较稳定后开始播报测试结果。图3多路选择开关电路6.SPCE061A单片机端口分配：I/OA口的分配IOA0-IOA3:按键输入；IOA3-IOA4:模拟开关通道选择；IOA5-IOA6:R测量电路中充电电阻选择；IOA7-IOA8:R测量电路中充放电电容选择；IOA9-IOA10:C测量电路中充电电阻选择；IOA12-IOA14:R/C/L测量指示灯；I/OB口的分配如下表所示:IOB口分配情况如下：IOB2：设置为反向输出IOB4：设置为悬浮输入IOB3、IOB4-IOB7:数码管的位选IOB8-IOB15:数码管的段码控制7.太阳能供能系统：太阳能供电电路由于太阳能电池板输出的电压、功率随光照强度而变化，需对电池板输出电压进行稳压，以减小电压的波动，采用PWM充电控制方式对蓄电池自动充电，充满后自动停止。晴天太阳光线强烈时对蓄电池自动充电，同时给测试电路供电；傍晚时或者遇到阴雨天时，由蓄电池给上述电路供电。8.主程序流程图：初始化键扫描键分析，置状态R测试转态L测试状态C测试状态开中断定时器设置通道及指示灯设置采值并计算显示是否语音播报放音noyesnoyes9.系统测试及整机指标：校准用的器材、仪器：CM-8601数字电容表；DT-9205数字万用表；电阻箱；LKI-1型电感组。电阻标值Ω万用表读数Ω本仪表读数Ω10098.7100.510k9.97k10.04100k98.499.2电容标值F电容表读数F本仪表读数F213p0.221n211p2210p2.42n2114p1u0.931u9712n电感标值H本仪表读数H5u5.044u100u99.12u1m964.4u参考文献：【1】郭志友、孙慧卿，自动换量程的数字万用表【J】，仪器仪表学报，2004(2)【2】汤勇明（东南大学）第二届全国大学生电子设计竞赛D题【3】罗亚非．凌阳16位单片机应用基础[M]．北京：北京航空航天出版社，2003．