直流电阻箱阻值智能检定系统的研究

摘要

目前，直流电阻箱阻值检定工作还停留在依靠人工手动检定的阶段，流程繁琐、耗时耗力、容易出错。为了节省人力资源，提高电阻箱检定的效率，本文依据 JJG982-2003《直流电阻箱检定规程》,设计了一种全自动的直流电阻箱阻值智能检定系统并进行了实验调试。
　　本文在电桥检测电阻原理的基础上设计了一种新型的智能电桥，用程控恒压模块替代可调电阻，数字毫伏计替代机械式指零仪，使得电桥的平衡调整可由微控制芯片代替人工完成，实现了自动检定。此外，为了实现检定过程的全自动，设计了以步进电机作为执行机构的电阻箱倍率切换模块。将步进电机转子通过卡套与电阻箱倍率旋钮刚性联结，由微控制芯片发出脉冲信号控制其转过预先设定的角度，同时带动旋钮转动，以此完成电阻箱档位调整。
　　智能检定系统由上位机和下位机两部分组成，论文设计了上位机和下位机间的以太网接口通信方式。上位机主要承担向下位机发送指令、接收下位机数据、计算和处理检定结果和导出、打印excel检定报表的任务；阻值的测量功能和阻值切换功能主要由下位机完成。下位机以意法半导体公司生产的STM32F103C8T6为核心，由主控模块、智能电桥模块、毫伏计模块、阻值自动切换模块、电源模块等模块组成。在直流采样部分采用中值平均法滤波、最小二乘法拟合数模转换标度曲线，去除了干扰；设计了模糊控制器调节恒压模块的调节步长，实现了电桥平衡过程的快速而准确调整。
　　本文详细阐述了整个系统的理论依据和软硬件设计方法，并对系统功能进行了测试。测试表明，本文设计的检定系统达到JJG982-2003《直流电阻箱检定规程》要求，具有推广价值，对类似的电阻值精确测量具有借鉴作用。

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第1章 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状和发展趋势

1.3 课题研究目标和内容

1.4 论文的组织和安排

第2章 检定系统的总体设计方案

2.1 系统功能要求

2.2 新型智能电桥的原理分析

2.3 系统框架设计

第3章 电阻箱档位转换方案设计

3.1 步进电机选型

3.2 步进电机驱动

3.3 旋钮卡套设计

第4章 硬件电路设计

4.1 系统主控制模块设计

4.2 智能电桥模块

4.3 毫伏计模块

4.4 电阻箱倍率旋钮自动切换模块

4.5 电源模块

第5章 基于模糊控制的电桥平衡算法与仿真分析

5.1 电桥平衡控制系统设计

5.2 电桥平衡模糊控制器设计

5.3 模糊控制器的仿真

第6章 软件设计

6.1 下位机程序设计

6.2 上位机程序设计

第7章 系统功能测试

7.1 测试准备工作

7.2 测试及结果分析

第8章 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望

致谢

参考文献

附录

附录A 下位机PCB图

附录B 下位机实物调试图

附录C 部分仿真代码