便携式数控电阻信号源及信号产生方法技术

本发明专利技术公开了一种便携式数控电阻信号源，它的人机交互界面的输入单元用于设定电阻值的输入，输入单元的输出端连接MCU，输入单元用于将设定电阻值传输给MCU，MCU用于将设定电阻值根据继电器开关阵列求解算法进行计算得到继电器组驱动序列，并将继电器组驱动序列传送给继电器驱动单元，继电器驱动单元用于根据继电器组驱动序列驱动继电器电阻网络，使继电器电阻网络中被接通的电阻接入电路，对外输出电阻值。该电阻信号源较传统的电阻源具有体积小、精度高、适用范围广、操作方便等优点。

Portable digital resistance signal source and signal generation method

【技术实现步骤摘要】
便携式数控电阻信号源及信号产生方法
本专利技术涉及自动测试系统和信号源
，具体地指一种便携式数控电阻信号源及信号产生方法。
技术介绍
电阻箱是常用的信号源，高精度电阻信号源常用于万用表和电阻类传感器的校准中。目前，电阻信号源主要有3类，传统旋钮式电阻箱、电子合成电阻以及传统继电器切换电阻网络电阻信号源。传统旋钮式电阻箱体积大，仅支持手动调节，无法实现数控，不能集成到自动测试领域中。电子合成电阻使用有源二端口网络对电阻的欧姆特性进行模拟，可以实现可变电阻的输出，精度高，但有源二端口网络不适合在使用了交流激励或者间断激励，或者与二次仪表的激励电路不匹配等场合。传统继电器切换电阻网络的方式，能够实现与传感器阻抗完全等效的电阻，可解决有源二端口不匹配等问题，但由于继电器接触电阻达到100mΩ，并且接触电阻阻值具有随机特性，使得传统继电器切换电阻网络无法实现高精度阻值的输出。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种便携式数控电阻信号源及信号产生方法，该电阻信号源较传统的电阻源具有体积小、精度高、适用范围广、操作方便等优点。为实现此目的，本专利技术所设计的一种便携式数控电阻信号源，其特征在于：它包括人机交互界面、MCU(MicrocontrollerUnit；MCU)、继电器驱动单元和继电器电阻网络，其中，人机交互界面的输入单元用于设定电阻值的输入，输入单元的输出端连接MCU，输入单元用于将设定电阻值传输给MCU，MCU用于将设定电阻值根据继电器开关阵列求解算法进行计算得到继电器组驱动序列，并将继电器组驱动序列传送给继电器驱动单元，继电器驱动单元用于根据继电器组驱动序列驱动继电器电阻网络，使继电器电阻网络中被接通的电阻接入电路，对外输出电阻值。本专利技术的优点在于：本专利技术设计的上述的便携式高精度数控电阻信号源，继电器驱动单元，将实现高精度阻值的输出；良好的人机交互界面，使得操作更为方便；继电器电阻网络输出，使得便携式高精度数控电阻信号源与实体电阻等效，不需要考虑与二次仪表匹配的问题，适用范围广。本数控电阻信号源采用小体积的双光耦MOSFET作为继电器，较之传统继电器体积小、导通电阻小，这是实现本数控电阻信号源的重要基础。本专利技术相比较传统旋钮式电阻箱、电子合成电阻，具有体积小、精度高、适用范围广、操作方便等优点。附图说明图1为本专利技术的结构原理框图；图2为本专利技术中继电器驱动单元和继电器电阻网络的电路图。其中，1—人机交互界面、1.1—输入单元、1.2—显示单元、2—MCU、3—继电器驱动单元、4—继电器电阻网络、5—电源模块、6—继电器开关、7—光耦隔离器、8—I/O扩展芯片、9—基准电阻。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明：如图1和2所示的一种便携式数控电阻信号源，它包括人机交互界面1、MCU2、继电器驱动单元3和继电器电阻网络4，其中，人机交互界面1的输入单元1.1用于设定电阻值的输入，输入单元1.1的输出端连接MCU2，输入单元1.1用于将设定电阻值传输给MCU2，MCU2用于将设定电阻值根据继电器开关阵列求解算法进行计算得到继电器组驱动序列，并将继电器组驱动序列传送给继电器驱动单元3，继电器驱动单元3用于根据继电器组驱动序列驱动继电器电阻网络4，使继电器电阻网络4中被接通的电阻接入电路，对外输出电阻值。上述技术方案中，将设定电阻值根据继电器开关阵列求解算法进行计算得到继电器组驱动序列的具体过程为：MCU2需要根据设定电阻阻值Rinput，计算出继电器组驱动序列B＝{b1,b2,···,bn}，其中，b1,b2,···,bn分别表示继电器电阻网络4中各个继电器开关的接通或断开状态，设定权值向量W＝{w1,w2,···,wn}，其中w1＞w2＞...＞wn；继电器开关阵列求解算法基于逐次逼近思想，将设定电阻阻值Rinput与权值w1进行比较，若设定电阻阻值Rinput大于权值w1，则继电器电阻网络4中第一个继电器开关b1将置0，即第一个继电器开关b1中相应的基准电阻9接入电路中，并将设定电阻阻值Rinput与权值w1的差值RD1作为新的设定阻值，与权值w2进行比较；若设定电阻阻值Rinput小于权值w1，则将第一个继电器开关b1置1，即第一个继电器开关b1中相应的基准电阻9不接入电路中，将设定电阻阻值Rinput直接与权值w2进行比较，按照此方法，依次将差值与权值进行比较，得到最逼近设定电阻阻值Rinput的输出阻值Rout及对应的继电器组驱动序列B，输出阻值Rout等于接入电路的基准电阻9的串联阻值之和，当只有一个基准电阻9接入电路时，输出阻值Rout即为基准电阻9的阻值。上述技术方案中，所述权值向量W＝{w1,w2,···,wn}的确定方法为阻值逼近算法确定，具体方法为：设继电器开关6的开关变量为bi，bi取1为继电器开关闭合，bi取0为继电器开关6断开，则继电器电阻网络4的总电阻可以表示为：其中，nR为继电器开关(6)数量，Ri,1为继电器开关(6)闭合时对应的电阻值，Ri,0为继电器开关(6)断开时对应的电阻值；阻值逼近算法用于从电阻集合Ω＝{Ra,i}中选择电阻逼近需求阻值Rt，以求解出的基准电阻阻值作为权值W，Ra,i表示第i个可选择的阻值Ra，其中i＝1,2,3···,n；需要输出的阻值Rt∈[Rmin,Rmax]，可选电阻集合Ω＝{Ra,i}，Rmin,Rmax分别表示数控电阻信号源的最小值和最大值；设定初值Rt,k|k＝0＝Rt，Rt,k表示第k个需要输出的阻值，计算δRi＝Rt,k-Ra,i，δRi表示第k个需要输出的阻值与第i个可选电阻的差值，选取δRi最小且δRi≥0的对应Ra,i作为用于逼近Rt的电阻，记为Ra,i,k，并将Ra,i,k加入第k个需要输出的阻值对应的权值集合Wk，并更新Rt,k+1Rt,k+1＝Rt,k-Ra,i,k直到Rt,k＜min{Ra,i}，得到的更新后的权值集合Wk，作为逼近Rt的所有电阻；Rt在[Rmin,Rmax]中取值，最终以[Rmin,Rmax]范围内所有Rt对应的权值集合的最小公倍数，作为最终的权值向量W，W＝{w1,w2,···,wn}中的w1,w2,···,wn对应电阻集合Ω＝{Ra,i}中各个被选中的电阻。上述继电器开关阵列求解算法能快速的配置出设定电阻阻值Rinput对应的开关阵列，具有求解速度快、使用继电器数量少等优点，能覆盖量程范围内所有阻值。上述技术方案中，所述继电器驱动单元3包括I/O扩展芯片8，继电器电阻网络4包括多个继电器开关6和多个不同基准电阻9，每个继电器开关6的输出端均连接有对应的基准电阻9，I/O扩展芯片8用于接收继电器组驱动序列，并根据继电器组驱动序列接通对应的信号输出引脚，从而驱动接通的信号输出引脚对应的继电器开关6断开，进而使断开的继电器开关6的输出端上的基准电阻9接入电路；所述每个继电器开关6输出端上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式数控电阻信号源，其特征在于：它包括人机交互界面(1)、MCU(2)、继电器驱动单元(3)和继电器电阻网络(4)，其中，人机交互界面(1)的输入单元(1.1)用于设定电阻值的输入，输入单元(1.1)的输出端连接MCU(2)，输入单元(1.1)用于将设定电阻值传输给MCU(2)，MCU(2)用于将设定电阻值根据继电器开关阵列求解算法进行计算得到继电器组驱动序列，并将继电器组驱动序列传送给继电器驱动单元(3)，继电器驱动单元(3)用于根据继电器组驱动序列驱动继电器电阻网络(4)，使继电器电阻网络(4)中被接通的电阻接入电路，对外输出电阻值。/n

【技术特征摘要】
1.一种便携式数控电阻信号源，其特征在于：它包括人机交互界面(1)、MCU(2)、继电器驱动单元(3)和继电器电阻网络(4)，其中，人机交互界面(1)的输入单元(1.1)用于设定电阻值的输入，输入单元(1.1)的输出端连接MCU(2)，输入单元(1.1)用于将设定电阻值传输给MCU(2)，MCU(2)用于将设定电阻值根据继电器开关阵列求解算法进行计算得到继电器组驱动序列，并将继电器组驱动序列传送给继电器驱动单元(3)，继电器驱动单元(3)用于根据继电器组驱动序列驱动继电器电阻网络(4)，使继电器电阻网络(4)中被接通的电阻接入电路，对外输出电阻值。


2.根据权利要求1所述的便携式数控电阻信号源，其特征在于：将设定电阻值根据继电器开关阵列求解算法进行计算得到继电器组驱动序列的具体过程为：
MCU(2)需要根据设定电阻阻值Rinput，计算出继电器组驱动序列B＝{b1,b2,…,bn}，其中，b1,b2,…,bn分别表示继电器电阻网络(4)中各个继电器开关的接通或断开状态，设定权值向量W＝{w1,w2,…,wn}，其中w1＞w2＞...＞wn；
继电器开关阵列求解算法基于逐次逼近思想，将设定电阻阻值Rinput与权值w1进行比较，若设定电阻阻值Rinput大于权值w1，则继电器电阻网络(4)中第一个继电器开关b1将置0，即第一个继电器开关b1中相应的基准电阻(9)接入电路中，并将设定电阻阻值Rinput与权值w1的差值RD1作为新的设定阻值，与权值w2进行比较；若设定电阻阻值Rinput小于权值w1，则将第一个继电器开关b1置1，即第一个继电器开关b1中相应的基准电阻(9)不接入电路中，将设定电阻阻值Rinput直接与权值w2进行比较，按照此方法，依次将差值与权值进行比较，得到最逼近设定电阻阻值Rinput的输出阻值Rout及对应的继电器组驱动序列B，输出阻值Rout等于接入电路的基准电阻(9)的串联阻值之和，当只有一个基准电阻(9)接入电路时，输出阻值Rt即为基准电阻(9)的阻值。


3.根据权利要求1所述的便携式数控电阻信号源，其特征在于：所述权值向量W＝{w1,w2,…,wn}的确定方法为阻值逼近算法确定，具体方法为：
设继电器开关(6)的开关变量为bi，bi取1为继电器开关闭合，bi取0为继电器开关(6)断开，则继电器电阻网络(4)的总电阻可以表示为：



其中，nR为继电器开关(6)数量，Ri,1为继电器开关(6)闭合时对应的电阻值，Ri,0为继电器开关(6)断开时对应的电阻值；
阻值逼近算法用于从电阻集合Ω＝{Ra,i}中选择电阻逼近需求阻值Rt，以求解出的基准电阻阻值作为权值W，Ra,i表示第i个可选择的阻值Ra，其中i＝1,2,3…,n；
需要输出的阻值Rt∈[Rmin,Rmax]，可选电阻集合Ω＝{Ra,i}，Rmin,Rmax分别表示数控电阻信号源的最小值和最大值；
设定初值Rt,k表示第k个需要输出的阻值，计算δRi＝Rt,k-Ra,i，δRi表示第k个需要输出的阻值与第i个可选电阻的差值，选取|δRi|最小且δRi≥0的对应Ra,i作为用于逼近Rt的电阻，记为Ra,i,k，并将Ra,i,k加入第k个需要输出的阻值对应的权值集合Wk，并更新Rt,k+1
Rt,k+1＝Rt,k-Ra,i,k
直到Rt,k＜min{Ra,i}，得到的更新后的权值集合Wk，作为逼近Rt的所有电阻；
Rt在[Rmin,Rmax]中取值，最终以[Rmin,Rmax]范围内所有Rt对应的权值集合的最小公倍数，作为最终的权值向量W，W＝{w1,w2,…,wn}中的w1,w2,…,wn对应电阻集合Ω＝{Ra,i}中各个被选中的电阻。


4.根据权利要求1所述的便携式数控电阻信号源，其特征在于：所述继电器驱动单元(3)包括I/O扩展芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈盼辉，金传喜，朱利文，刘明辉，毛伟，张龙飞，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42