專利名稱：總線模塊式智能化可變功能測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電量和非電量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的一種總線模塊式智能化可變功能測(cè)試儀。
在工業(yè)生產(chǎn)和科研中，需要測(cè)量眾多的物理參量，這些物理參量主要分為電量和非電量，如電壓、電流、溫度、粘度、酸度、壓力和位移等。隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)和電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，電量的測(cè)試手段愈加完善，非電量的測(cè)量則是通過(guò)傳感器或變送器，將非電量轉(zhuǎn)換成與被測(cè)物理量具有一定關(guān)系的電量進(jìn)行測(cè)量。由于工業(yè)生產(chǎn)和科研的需要，對(duì)測(cè)試儀器的速度、精度、自動(dòng)化的程度要求愈來(lái)愈高。因此國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的電子測(cè)量?jī)x器越來(lái)越多地應(yīng)用微處理器構(gòu)成新一代智能化測(cè)試儀，與常規(guī)儀表相比，智能化儀表具有快速、準(zhǔn)確、高效、多功能、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外研制和生產(chǎn)的智能式測(cè)試儀表主要有以下幾類第一類是用于測(cè)量溶液中各種離子濃度的，如成都化工微機(jī)所，電子工業(yè)部七八九廠研制、生產(chǎn)的PHS-4電腦型精密酸度儀?！斗治鰞x器》雜志1986年第3期介紹的日本電氣化學(xué)計(jì)器HBM-51型酸度計(jì)介紹。第二類是用來(lái)測(cè)量交流電阻、電容、電感等參數(shù)的LCR測(cè)試儀，如上海儀器儀表研究所研制、生產(chǎn)的ZL5-智能LCR測(cè)試儀。第三類為應(yīng)用各種變送器或傳感器，如壓力、位移、流量、粘度、溫濕度傳感器，將各物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏窟M(jìn)行測(cè)量的儀表，如福州自動(dòng)化儀表股份有限公司研制、生產(chǎn)的LGJ-02流量計(jì)算機(jī)。第四類對(duì)周期、頻率、脈寬等數(shù)字信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量?jī)x。第五類為既具有測(cè)試也具有控制功能的儀表，如重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表所研制、生產(chǎn)的LXY智能流量控制儀;國(guó)營(yíng)南通長(zhǎng)江化學(xué)有限公司智能化儀表廠研制、生產(chǎn)的WT-85系列微電腦溫度程序控制儀。以上第一類、第四類測(cè)試儀表一般不須外加測(cè)試信號(hào)，第二、三、五類測(cè)試儀表一般必須加測(cè)試信號(hào)(如正弦交流信號(hào)或直流信號(hào)等)。上述幾類儀表的共同特點(diǎn)在于均采用微處理器作為控制和運(yùn)算核心，但它們最大的缺點(diǎn)在于其各自線路是為了其特定功能專門設(shè)計(jì)，一旦確定，其功能便固定而難以變更或擴(kuò)充，即使是同樣功能的儀表無(wú)論在其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)還是整體結(jié)構(gòu)及外觀上都各不相同，十分不利于儀表的規(guī)范化、系列化發(fā)展。如果要改變或是增加儀表的功能，就必須重新設(shè)計(jì)整個(gè)電路以及整個(gè)儀表內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)和軟件，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，成本高，可擴(kuò)展性差，因而不具有通用性、兼容性和可變性，不利于儀表專業(yè)化、規(guī)范化和系列化發(fā)展。
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種具有通用性、兼容性和可變性的總線模塊式智能化可變功能測(cè)試儀。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到。本發(fā)明由五個(gè)模塊構(gòu)成一個(gè)信號(hào)處理與控制主模塊和四個(gè)子模塊信號(hào)預(yù)處理模塊、信號(hào)產(chǎn)生模塊、通訊模塊、鍵盤及顯示模塊。信號(hào)處理與控制主模塊包含微處理器及專門設(shè)計(jì)的能夠測(cè)量直流、正弦交流電壓、方波電壓的積分型模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，該模塊完成對(duì)預(yù)處理信號(hào)的數(shù)字化及運(yùn)算處理并得出所需結(jié)果。信號(hào)預(yù)處理模塊是對(duì)于傳感器或變送器獲得的電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，它帶有前置放大、濾波、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、整流等功能。根據(jù)不同的測(cè)試對(duì)象設(shè)計(jì)不同的具體電路，如可將電路設(shè)計(jì)成用于測(cè)量溶液電導(dǎo)率、酸度、溫度等功能模塊。信號(hào)產(chǎn)生模塊是用于產(chǎn)生整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中可能需要的標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)和頻率可程控的正弦交流信號(hào)。通訊模塊是用于實(shí)現(xiàn)儀表與微處理器的信息交換功能。鍵盤及顯示模塊可完成參數(shù)預(yù)置、修改、功能選擇并顯示測(cè)量結(jié)果和狀態(tài)。其上復(fù)蓋一層印有標(biāo)志各鍵功能及所顯示結(jié)果的性質(zhì)和測(cè)量狀態(tài)的薄膜，改變或是增加測(cè)試功能，只需更換這層薄膜再增加或更換相應(yīng)的軟、硬件子模塊。本發(fā)明的微處理器選用MCS-51系列單片微機(jī)，采用總線連接結(jié)構(gòu)，模塊間的組合方式靈活多樣，除主模塊之外，其它模塊可根據(jù)測(cè)試需要設(shè)計(jì)組合或疊加以達(dá)到增加或改變測(cè)試功能的目的。本發(fā)明使用標(biāo)準(zhǔn)接插件及電纜，使得測(cè)試儀表的規(guī)范化、專業(yè)化成為可能。測(cè)試軟件的構(gòu)成同樣具有模塊化結(jié)構(gòu)，分為程序主控模塊，功能模塊和通用程序子模塊以及擴(kuò)展功能子模塊四部分。因而在構(gòu)成不同功能的測(cè)試儀表時(shí)，只需更換或增加硬件的相應(yīng)功能模塊(包括不同類型的傳感器)以及更換或增加固化了相應(yīng)測(cè)試控制程序的存貯器，并且改變面板上顯示結(jié)果和功能鍵的說(shuō)明即可實(shí)現(xiàn)。也就是說(shuō)，整個(gè)儀表的設(shè)計(jì)在硬件、軟件上全部模塊化。要改換或增加儀表測(cè)試功能，只需改換或增加相應(yīng)的硬件、軟件功能模塊并改變對(duì)應(yīng)的面板上的顯示結(jié)果和功能鍵的說(shuō)明就能實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明還可以根據(jù)使用者的不同的特殊要求變更或擴(kuò)充其功能，并能夠通過(guò)通訊模塊連接微型計(jì)算機(jī)以構(gòu)成全自動(dòng)測(cè)量控制系統(tǒng)。
附圖的圖面說(shuō)明如下

圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)聯(lián)接示意圖。
圖3是本發(fā)明的信號(hào)處理及控制主模塊電路圖。
圖4是本發(fā)明的電導(dǎo)信號(hào)預(yù)處理模塊示意圖。
圖5是本發(fā)明的溫度信號(hào)預(yù)處理模塊示意圖。
圖6是本發(fā)明的酸度信號(hào)預(yù)處理模塊示意圖。
圖7是本發(fā)明的信號(hào)產(chǎn)生模塊電路圖。
圖8是本發(fā)明的通訊模塊邏輯圖。
圖9是本發(fā)明的測(cè)試流程圖。
其中，圖1中的〔1〕是信號(hào)處理及控制主模塊，〔2〕是傳感器或變送器，〔3〕是信號(hào)預(yù)處理(即功能模塊)模塊，〔4〕是信號(hào)產(chǎn)生模塊，〔5〕是通訊模塊，〔6〕是顯示與鍵盤模塊，〔7〕是數(shù)據(jù)總線，〔8〕是地址總線，〔9〕是模塊選擇總線，〔10〕是控制總線，〔11〕是信號(hào)總線，〔12〕是電源總線，〔13〕是接地總線。圖2中的〔14〕是功能模塊插座，〔15〕是信號(hào)產(chǎn)生模塊插座，〔16〕是通訊模塊插座，〔17〕是顯示與鍵盤模塊插座，〔18〕、〔19〕是擴(kuò)展功能模塊插座，〔20〕是信號(hào)處理與控制主模塊電路，〔21〕是電源。圖4中的〔22〕是鎖存器，〔23〕是三態(tài)門，〔24〕是譯碼器，圖8中的〔25〕是D觸發(fā)器。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
信號(hào)產(chǎn)生模塊〔4〕是由一個(gè)文氏橋振蕩器MC1403和CA3140加上若干電子開(kāi)關(guān)CD4051、CD4066構(gòu)成頻率振蕩及振幅可程控的正弦波發(fā)生器，以及由一個(gè)精密電壓基準(zhǔn)構(gòu)成的直流基準(zhǔn)電壓信號(hào)。它為功能模塊〔3〕及信號(hào)處理與控制主模塊〔1〕提供正弦交流測(cè)試信號(hào)，以及直流基準(zhǔn)信號(hào)。
本發(fā)明用于測(cè)試酸堿度時(shí)，由于暫不與微型計(jì)算機(jī)連接，故本實(shí)施例不接通訊模塊〔5〕，僅有信號(hào)處理及控制主模塊〔1〕，信號(hào)預(yù)處理模塊〔3〕，信號(hào)產(chǎn)生模塊〔4〕，顯示與鍵盤模塊〔6〕，將這些模塊分別插到相應(yīng)的模塊插座〔14〕、〔15〕、〔17〕。傳感器或變送器〔2〕選用型號(hào)為65-1A型酸度傳感器。測(cè)量時(shí)，將酸度傳感器〔2〕直接插入被測(cè)溶液，傳感器〔2〕的輸出端輸出與溶液PH值呈線性關(guān)系的電壓信號(hào)，這個(gè)電壓信號(hào)送入信號(hào)預(yù)處理模塊〔3〕，經(jīng)運(yùn)算放大器CA3140放大后，經(jīng)由單片微機(jī)MCS-51控制的多路開(kāi)關(guān)CD4066，再通過(guò)信號(hào)總線將放大的電壓信號(hào)傳送到信號(hào)處理及控制主模塊〔1〕，經(jīng)由多路開(kāi)關(guān)CD4051中的一路，在單片微機(jī)MCS-518031程序的控制下，將傳送過(guò)來(lái)的電壓信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)再經(jīng)8031單片微機(jī)處理后，其計(jì)算結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)總線送到顯示與鍵盤模塊〔6〕，再由4位LED數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果的數(shù)值，發(fā)光二極管指示測(cè)試結(jié)果是堿性還是酸性。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是用于測(cè)試溫度的總線模塊式智能化可變功能測(cè)試儀，構(gòu)成該儀表的模塊除信號(hào)預(yù)處理模塊〔3〕與上例中的不同外，其它結(jié)構(gòu)完全相同。本實(shí)施例中選用的傳感器〔2〕為半導(dǎo)體溫度傳感器，將溫度傳感器〔2〕置于待測(cè)樣品的環(huán)境中，傳感器獲得的電壓信號(hào)經(jīng)圖5中的CA3140放大后，被MCS-51控制的多路開(kāi)關(guān)CD4051中的另一路傳到MCS-51單片微機(jī)進(jìn)行溫度分析、計(jì)算和處理，爾后送到顯示與鍵盤模塊〔6〕顯示出測(cè)量結(jié)果。
考慮到本測(cè)試儀的可擴(kuò)充性，上兩例中的預(yù)處理模塊〔3〕可同時(shí)插入擴(kuò)展功能模塊插座〔18〕、〔19〕中，此時(shí)儀表便具有同時(shí)可測(cè)酸度和溫度的功能。
本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例是將制作的電導(dǎo)測(cè)試信號(hào)預(yù)處理模塊〔3〕接入系統(tǒng)中，配上相應(yīng)的測(cè)試軟件，便可用于測(cè)試溶液的電導(dǎo)率。
事實(shí)上，三個(gè)實(shí)施例中除信號(hào)預(yù)處理模塊不同外，處理傳輸、計(jì)算的硬件是完全相同的，根據(jù)需要插接不同的預(yù)處理模塊，調(diào)用相應(yīng)的軟件子程序，就可獲得不同功能的智能化可變功能儀表，當(dāng)然也可以將功能擴(kuò)充到多個(gè)而構(gòu)成一臺(tái)智能化復(fù)合功能測(cè)試儀。
本發(fā)明由于采用了MCS-51單片微機(jī)作為控制器的模塊化總線結(jié)構(gòu)，使儀表在整體上(軟件和硬件)全部實(shí)現(xiàn)了模塊化，各模塊可根據(jù)需要更換、組合、疊加，各功能模塊也可根據(jù)需要再進(jìn)行設(shè)計(jì)和修改，使儀表功能的可變性，可擴(kuò)充性以及規(guī)范化和系列化成為可能，這將極大地提高測(cè)試儀表的適應(yīng)性和通用性，促進(jìn)整個(gè)儀表工業(yè)的集成化、智能化發(fā)展。
權(quán)利要求
1.一種總線模塊式智能化可變功能測(cè)試儀，它由控制部分，信號(hào)產(chǎn)生部分、傳感器以及顯示部分組成，其特征在于信號(hào)處理與控制主模塊[1]，信號(hào)預(yù)處理模塊[3]，信號(hào)產(chǎn)生模塊[4]、顯示與鍵盤模塊[6]組成，主模塊[1]與其它模塊間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接插件及電纜聯(lián)接，主模塊[1]選用單片微機(jī)實(shí)現(xiàn)控制作用，它與各模塊間采用總線連接結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的總線模塊式智能化可變功能測(cè)試儀，其特征在于控制主模塊〔1〕的單片微機(jī)選用MCS-51系列單片微機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的總線模塊式智能化可變功能測(cè)試儀，其特征在于通訊模塊〔5〕插入通訊模塊插座〔16〕后，即可與通用微型計(jì)算機(jī)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的總線模塊式智能化可變功能測(cè)試儀，其特征在于測(cè)試軟件全部采用模塊化結(jié)構(gòu)，分為程序主模塊、功能模塊、通用程序模塊和擴(kuò)展功能子模塊四個(gè)部分。
5.如權(quán)利要求1所述的總線模塊式智能化可變功能測(cè)試儀，其特征在于信號(hào)預(yù)處理模塊〔3〕可根據(jù)測(cè)試需要專門設(shè)計(jì)，使用中只需插接不同的預(yù)處理模塊〔3〕，也可將模塊〔3〕進(jìn)行組合或疊加，配合以相應(yīng)的軟件，即可增加或改變測(cè)試功能。
全文摘要
一種電量或非電量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的總線模塊式智能化可變功能溫試儀。它由信號(hào)處理與控制模塊、信號(hào)預(yù)處理模塊、信號(hào)產(chǎn)生模塊、通訊模塊、鍵盤及顯示模塊構(gòu)成。本測(cè)試儀選用MCS-51系列單片微機(jī)控制信號(hào)的傳輸、處理、計(jì)算以及顯示測(cè)試結(jié)果。各模塊間采用總線連接結(jié)構(gòu)，其軟件和硬件全部實(shí)現(xiàn)模塊化，各模塊可根據(jù)需要更換、組合、疊加，也可根據(jù)需要，重新設(shè)計(jì)和修改功能模塊，極大地提高了測(cè)試儀表的適應(yīng)性和通用性。
文檔編號(hào)G01D21/02GK1050261SQ90101509
公開(kāi)日1991年3月27日 申請(qǐng)日期1990年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月17日
發(fā)明者夏又新, 李洋, 邢朝至 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)