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金巴黎彩票网网站: [工仪] 自制6位半数显万用表

    鼎龙娱乐城电子游戏
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发表于 2020-10-26 20:32:50 | 只看该作者 |倒序浏览 |阅读模式

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预先声明:本制作电路设计,软件编程来自38度发烧论坛“孟欣、乐逍遥”等坛友,本人在此基础之上根据自己需求进行电路改进、PCB设计及整机制作。衷心感谢他们的研究和付出,让我制作出一块极低成本的高位测试仪表。

话说万用表是无线电爱好者必备的工具,是电气工作中不可或缺的好伙伴,无意间在38度发烧论坛上看到有网友自制6位半万用表,顿时心里痒痒的,仔细检索发现作者公开了制作的全部资料,于是搜集齐全后,决定自己做一个。要说6位半万用表,指的是具有较高分辨率的万用表,正常大家常用的三位半或者四位半万用表,其最高显示范围是±1999及±19999,而6位半万用表,其显示范围可以达到±1999999,分辨率要比三位半高了几个数量级,更高的位数代表着更高的分辨率,也就是这个仪表的检测细小变化的能力越强,如果问我要这么高的分辨率有什么用,我只能说我用不上,平时一块3位半足够了,真要买个HP3456A,3458之类的,完全就是浪费。

但是,实践的观点是Marx主义认识论首要的和基本的观点,伟大领袖曾指出:“无论何人要认识什么事物,除了同那个事物接触,即生活于(实践于)那个事物的环境中,是没有法子解决的。”科学理论的价值就在于回答时代课题、推动实践发展,之所以做这个表,完全是为了享受制作的乐趣以及学习探索万用表的原理。

《实践论》指出:实践、认识、再实践、再认识,这种形式,循环往复以至无穷,而实践和认识之每一循环的内容,都比较地进到了高一级的程度。”这是认识的辩证发展过程。根据这一基本原理,在各项工作中必须坚持“实践、认识、再实践、再认识”的认识路线,不断提高工作水平。

资料收集齐全后,开始制作,首先研读电路图,对项目进行初步认识。
万用表的架构,主要分为3部分:1、显示控制单元 2、测量单元 3、功能模块单元。

这个万用表,核心是采用STM32F103单片机作为主控电路,24-bit的LTC2440作为模数转换,再配合电压采样、欧姆电流源、T-RMS AC-DC转换等电路构成测量仪表,整机采用2单元设计,一块板专管显示控制,一块板专管测量及功能转换,数字模拟分开。




根据电路图画出PCB,送厂家加工,3天后收到



趁PCB打样的时候开始备料,PCB打好了,料也备好了
焊接即可,没有什么难度,按部就班焊






这是ADC LTC2440和基准电压源 ISL21009B
对于高位表来说,基准电压源很重要,因为它决定着仪表的精度
按说,6位半的表,基准电源至少需要用LM399这样的恒温基准甚至LTZ1000这样的超高精度基准
但是,考虑这是电池供电的便携式仪表,决定采用非恒温的基准电源
首选是MAX6350,但是其要求供电电压高,货源少,经过综合考虑,
决定使用Intersil的ISL21009B,3ppm/℃的温度系数,±0.5mV误差,也可以接受


分压电阻们,9.9MΩ和100KΩ构成100:1分压器
其中,这里采用精度0.1% 温漂15ppm的精密贴片电阻
100KΩ为2串2并提高整体性能,9.9M采用3MΩ、1MΩ、300K等电阻串联而成
同时,预留分压电阻网络安装位置,可以安装精度更高的TC1756型分压电阻网络


电流采样电阻,0.039Ω的4线电流采样电阻
个人认为,2A的量程,0.039Ω的采样电阻满量程输出只有78mV,
因此放大电路至少应该采用3运放架构的仪表放大器,以便提高精度


DC-DC电路,分为2路,输入为3.6V锂电池提供的电源
一路升压至6.3V供给基准及ADC等电路
另一路升压至18V,作为欧姆电流源的高压电源


LDO稳压电路,负责将DC-DC输出的6.3V降到5V供ADC,模拟开关等使用


欧姆电流源的保护电路


交流测量电路的程控放大器
通过模拟开关ADG409调节不同的放大倍率以测量交流信号
至于交-直流转换,采用凌特的LT1966,一颗简单的T-RMS转换电路
之前,在我的3位半万用表改造中有用到



欧姆电流源的基准电阻
本万用表测量电阻的原理是恒流法测电阻
也就是说对被测电阻通过一个恒定的直流电流,然后测量电阻两端的电压
就可以根据欧姆定律R=U/I计算出电阻阻值
其中,为了提高精度,恒流源的精度就必须保证
在这里,电流源的电压基准和ADC共用的5V电压基准
2倍到10V,通过精密电阻获得1mA-10uA的测量电流
这是基准电阻,均采用精密金属箔电阻,精度0.01%,100KΩ和1MΩ为0.1%精度


做好的模拟板




然后做数字板,这就简单了,没几个元件




通电试机,嗯,没有烟花,短路,冒烟起火



3.3V数字电路供电正常


硬件是机体,软件是灵魂,烧写程序,为运行做准备


电路都组装完毕了,接上模拟板和屏幕,开机!



初步测试,找了几个电阻测一下功能看看是否正常
短路测试



RX70 90KΩ 0.01% 精密线绕电阻



RX71 20KΩ 0.01% 精密线绕电阻,挡位功能正常
这里仅仅测试功能,精度什么的后续再说


电路搭建基本完毕,合二为一


下面开始制作外壳,找现成的,合适的外壳比较困难,于是打算自己制作一个
首先,找到一块铁质电缆线槽盖


对其进行折弯加工,制作外壳框架
工具简陋,一点一点来





试一试,和设计的一样,尺寸正好,哈!


电池没有用原先计划的18650电池,正好有块拆下来的聚合物电池
安装起来尺寸正好,就是容量小了点,只有900mAh
不过这个表平时耗电也不大,用没了充电就是了

上下层线路板,采用铜柱支撑固定



光这么一个铁皮框架是不够的
周边各个小区里转一转,看到有装修改造的地方就跑一跑,找到一些拆下来的废旧木料
收集起来,做个木头盒子吧


木料需要切割打磨
正好所住小区正在进行老旧小区改造,院子里工人在用切割机切管子
借用一下,将木料切成需要的形状,省得自己锯了
这是锯铁的砂轮片,锯木头浓烟滚滚,切口都炭化了
不过炭化了也没事,耐腐蚀嘛,然后借助砂轮片,顺便还把这些材料打磨了


继续干活,木匠的干活,好久没弄过木头了,手生的很
这些木头也不是好材料,里面长疤的长疤,胶合板开裂的,内部孔洞的,哎
锯啊,钻啊,磨啊,钉啊,反正是玩,玩的开心愉快







破木料,到处开裂掉渣,刷漆,作为保护




安装测试插孔,4mm的香蕉插座


懒得买铅字了,接口标识,手绘吧,自己用不嫌丑


进行最后的组装


完成,由于准备做的有机玻璃盖板还没到货,先敞口一段时间吧
现在,除了暂缺一个上盖外,已经可以使用了


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2#
 楼主| 发表于 2020-10-26 20:33:42 | 只看该作者
制作完的仪表,尚需要校准操作才能保证其性能可靠
为此,收集仪表测量等相关资料调查学习,提高认识
Xi大大曾经指出:调查研究是谋事之基、成事之道。没有调查,就没有发言权,更没有决策权。
坚持实践观点,经常开展调查研究,对正确认识客观世界,改造客观世界和主观世界以及创造精神、实践经验,具有非常重要的意义。

首先空载试验,什么都不接,端口空置,
因为高位表分辨率很高,因此空载时尾数会有一些跳动
有可能是周围电磁干扰、环境因素,元器件噪声等引起


测一下手指和接线柱接触产生的接触电动势,这纯属捣乱
如果手湿的话,可以产生100mV左右的接触电动势
请注意这个接线柱,铁螺钉配铜螺母,严格说来对于高位表这是不允许的
因为可能产生热电势影响测试结果,我这只是临时应用一下


短路回零测试,电压档下,将测试端口短路,观察仪表是否归零
在此状态下,如果最末位有1-2字的跳动,算是正常,但是如果有几十字跳动不归零
那么就要检查放大器,ADC等有没有问题了


温度档,仪表支持PT-100、各型热电偶、B值3950的热敏电阻作为传感器
其中,PT-100档支持2-4线测量方式
这是用一个3线的PT-100热电阻传感器进行温度档测试,基本正常
温度测试,因为风吹草动手摸笔触都会对测量结果产生很大影响,因此,精度不要求太高,大致准确即可


各个电阻档进行测试
其中,电阻档支持2线及4线这2种测量方式
请注意:对于测试高精密的电阻,应该采用4线开尔文接法
因为测试线还没完工,暂采用2线法测量,当然,表是2线4线测量都支持的
2线测量高精度电阻,因为受到接触电势,接触电阻等影响,误差较大

一般精密电阻的标定阻值,都是25℃条件下的,测量时最好控制室温在25℃+2℃左右

RX-70 100KΩ 0.01%精密线绕电阻


RX-70 10KΩ 0.01%精密线绕电阻


RX-70 2.696KΩ 0.01%精密线绕电阻


RX-70 250Ω 0.05%精密线绕电阻


EE型 50Ω 0.1%精密金属膜电阻


二极管档测试,支持7V以下稳压管测量
这是4.3V稳压管,标4.3V,测出来4.8V误差挺大
对于这种齐纳管也算正常,本身精度就不高


LED测试,可以点亮LED


4线法测量RJ711型精密金属箔电阻
其中,中间2个接线柱提供测试电流,外侧两个接线柱测量电阻端电压
最大程度避免接触电阻和线路电阻的影响
被测电阻精度0.01% 温漂5ppm/℃


对于高位表来说,长期稳定性和短期稳定性也是一个重要的参数
长期稳定性实在是懒得测试了,简单测试一下短稳吧
还是那个1K的RJ711合金箔精密电阻,4线开尔文接法
从下午1点多到晚上10点(请注意屏幕右下角时间),差不多待了9小时,读数只有1个字变化





至于电压档的校准,一方面得有一个经过标定的基准电压源
或者有一个经过计量检定的更高位仪表,我用的是一个标定过的AD588基准电压源,可以提供5V和10V两档电压
用来校准电压档算是勉强,不过看着仪表基本是准确的,还是等以后有机会找高位表再校准吧
至此,这个6位半万用表,基本制作完成,过几天有机玻璃到货了,再做一个面板盖上

既然是万用表,那么,它都有哪些功能呢?
1、直流电压:200mV、2V、20V、200V共4档
2、交流电压:~200mV、~2V、~20V、~200V共4档
3、交、直流电流:量程2A
4、电阻档:200Ω、2KΩ、20KΩ、200KΩ、2MΩ、20MΩ共6档,支持2线和4线2种测量模式
5、温度档:支持PT100、PT1000、K型、N型、J型、E型热电偶及10K热敏电阻(B=3950)
6、二极管档
7、通断档,可设置蜂鸣器鸣叫的低阻阻值
挡位选择可选自动或手动模式
带有数据储存功能
支持蓝牙,手机或PC上可安装上位机软件进行无线测量
带有室温测量功能
总之,万用表该有的功能基本都有,日常使用完全够用了

现在,项目基本结束了,必须合计成本
首先是MCU,LCD,精密合金箔电阻,这几样加起来¥100大洋左右
其次是LTC2440 LT1966 ISL21009B这三个家伙,都是全新的,加起来¥90大洋左右
至于其他的运放,模拟开关,可以很容易找到拆机货,加起来¥10大洋解决了
PCB、接插件、LDO、阻容元件等,加起来¥20大洋吧
电池、外壳、木料,螺钉铜柱都是旧的,不要钱
下来¥300大洋以内搞定
当然,这个表还预留了升级的空间:
X10放大器的10:1分压电阻目前采用合金箔电阻,可以升级为精密电阻网络LT5400-8,大约¥50-60大洋一颗
100:1分压器可以采用高精度的分压网络电阻TC1776,CADDOCK产的大约¥120大洋,国产1756大约¥30一颗
基准可以采用LTC6655或MAX6350,大约¥30-50大洋
如果想节约成本,所用的分压电阻,基准电阻可以采用0.1%的精密贴片电阻,通过校准也可以保证基本性能,价格要便宜太多

在结尾科普一个高位表的知识:高位≠高精度
首先,很多人认为,高位表,就一定精确,这是完全错误的认识
作为一个仪表,提高分辨率是很容易的事,比如采用特殊算法把ICL7135分辨率提高到5位半
但是,这种提高完全没有意义,因为最后的位数,可能根本没有准确性而言
而仪表的精度,才是最重要的指标,比如常见指针万用表,一般是2.5级的,MF35可以达到1.0级
若想提高精度级,则是非常困难的事情,很有可能对仪表就是大换血,电路结构,元器件性能都要提高
这也就是为什么仪表精度级越高,价格越贵的原因。
同时,作为测量仪表,还要遵循量值的传递性和溯源性,这才是计量结果准确的基础。


最后上传资料(感谢原作者提供):
这些基本资料完全可以制作出来
电路图:
Analog Board.pdf (40.41 KB, 下载次数: 29)
Digit Board.pdf (29.5 KB, 下载次数: 16)
固件:
BootLoader.rar (19.04 KB, 下载次数: 15)
3.0固件.rar (170.13 KB, 下载次数: 17)
2.0固件190810.rar (79.02 KB, 下载次数: 14)
说明书:
刷固件及升级说明.rar (674.62 KB, 下载次数: 23)
校准操作说明.rar (5.09 MB, 下载次数: 27)
功能菜单.rar (5.65 KB, 下载次数: 12)
DIY 数字多用表参考(上).pdf (1.52 MB, 下载次数: 19)

注:论坛下载附件会自动收取M币,可以从网盘下载资料

这是台式表的
http://www.8334400.com/285/s/1zIs8DLQz1qlZEQ9z9XYcpA

提取码:0010-1011-1111-10

同时,38度论坛上最原始的开源的手持6位半以及后续的升级版本也有相关资料,和台式表电路结构差不多很类似,也放在这里了。
http://www.sk533.com/954/s/1Nz-hRHCY4vjXKJLmmZOdnQ

提取码:1101-0111-10

板子还有剩余4套,想玩的可以联系我,免费送

全文完,谢谢观赏



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huhui5008 + 18 謝謝分享,全套材料下来加油费也得花几百块,.
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3#
发表于 2020-10-26 20:52:00 | 只看该作者
大作啊,火前留楼
4#
发表于 2020-10-26 20:53:03 | 只看该作者
咋回事,我的电脑卡了?好多图看不见。
5#
发表于 2020-10-26 20:54:27 | 只看该作者
多少钱一台?有意
6#
发表于 2020-10-26 20:57:04 来自手机浏览器 | 只看该作者
难得技术贴,占位观看
7#
发表于 2020-10-26 20:57:43 | 只看该作者
成本多少啊!看看能不能上车试试,顶顶
8#
发表于 2020-10-26 21:35:26 来自手机浏览器 | 只看该作者
厉害了,楼主真是牛人,精度也很高。
在38 度论坛看过,没想到在这里又一次看到了
9#
发表于 2020-10-26 21:40:25 来自手机浏览器 | 只看该作者
大制作啊,这些元件以最便宜的价格凑齐,保证买到真货对非专业人员就是一道坎
10#
发表于 2020-10-26 21:48:27 | 只看该作者
还没精? 这不合情理啊
11#
发表于 2020-10-26 22:02:46 | 只看该作者
辛苦辛苦,其实吧,这么好的东西,用个塑料壳不是很好嘛,还轻便,木壳多沉啊
12#
发表于 2020-10-26 22:03:08 | 只看该作者
使用金属壳,电磁干扰会好一些,东西作这么好,木盒有点龙头蛇尾。
13#
发表于 2020-10-26 22:07:18 | 只看该作者
留名留名,找机会上车
14#
发表于 2020-10-26 22:10:40 | 只看该作者
这个必须要火啊
15#
发表于 2020-10-26 22:19:47 | 只看该作者
谢谢分享,高手,民间人才济济啊
16#
发表于 2020-10-26 22:20:05 | 只看该作者
这元件如果在力创购买估计成本还要翻倍。。。
17#
发表于 2020-10-26 22:44:23 | 只看该作者
可以发下原贴地址吗,我也准备做一个
18#
发表于 2020-10-26 23:35:15 | 只看该作者
不错不错,又有新车开
19#
发表于 2020-10-27 00:36:32 来自手机浏览器 | 只看该作者
有车吗 上车
20#
发表于 2020-10-27 00:58:12 | 只看该作者
作品精彩,盒子有些不太协调。
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