電子儀器儀表裝調技能訓練平臺建設

摘要：提出采用AT89S52組成的電子儀器儀表裝調技能訓練平臺設計方案，采用模塊化設計方案，例如信號檢測與調理電路、信號變送器接口電路等主要硬件結構，以及信號采樣、標度轉換和信號補償等軟件流程。測試結果表明：電子儀器儀表裝調技能訓練平臺能夠嚴格按照國家職業(yè)標準中的要求較好地測試應試者的水平。技能訓練平臺系統設計方案科學(xué)合理，訓練裝置運行可靠。
關(guān)鍵詞：電子儀器儀表；信號調理；液晶顯示；技能訓練；平臺建設

0 引言
根據相關(guān)資料的有關(guān)信息顯示，目前國內外沒(méi)有現成的電子儀器儀表裝調技能訓練平臺。根據《國家職業(yè)標準·電子儀器儀表裝調工》和職業(yè)技能鑒定規范，電子儀器儀表裝調工必備的電工、電子基本理論知識，電子儀器儀表裝調工必備的誤差處理方法，參加技能鑒定的學(xué)員已在所開(kāi)設的相關(guān)課程中得到學(xué)習和掌握。而對電子識圖、焊接等技術(shù)知識缺乏掌握，對儀器儀表裝配調試方法和技巧比較薄弱，而專(zhuān)用的儀器設備欠缺，國家技能鑒定部門(mén)沒(méi)有現成的訓練題庫，只有電子儀器儀表裝調工國家職業(yè)標準和職業(yè)技能鑒定規范。而我校就本工種的技能訓練和鑒定工作已進(jìn)行了十五屆，隨著(zhù)該專(zhuān)業(yè)的技術(shù)發(fā)展，訓練項目和鑒定題目進(jìn)行過(guò)大的改進(jìn)有多次。目前，國家技能鑒定部門(mén)已出臺了國家職業(yè)標準和技能鑒定規范，據此，設計、制作了該電子儀器儀表裝調技能訓練平臺，填補了我校在這方面的空缺，提升了我校在新時(shí)期的發(fā)展潛力。

1 系統的整體結構
電子儀器儀表裝調技能訓練平臺系統框圖如圖1所示。該系統由直流毫伏信號源、電壓頻率轉換用分壓器、電壓放大器、電壓一頻率轉換、頻率一電壓轉換、信號調理電路和顯示電路等模塊構成。

信號的輸入模式采用儀器儀表標準信號模式，輸出模式為符合國際標準的4～20 mA電流信號輸出模式。信號放大電路采用通用型雙運算放大器LM358進(jìn)行兩級放大，經(jīng)過(guò)放大處理的模擬信號經(jīng)過(guò)調理電路處理后再進(jìn)行A／D轉換，將模擬信號轉換成數字信號，然后再進(jìn)行數字信號處理。數字信號處理部分采用性?xún)r(jià)比較高的AT89S52單片機作為處理器對采集的信號進(jìn)行處理，顯示數據。該系統的顯示部分采用LCD顯示器，增強了顯示界面的友好性和實(shí)用性。
1．1 直流毫伏信號源
該直流毫伏信號源的輸出為0～180 mV的電壓信號，輸入信號采用普通電位器和多圈精密電位器將1．5 V(可用甲電池)的直流電壓進(jìn)行二級分壓取得。在第一級分壓后將其電壓信號控制在0～200 mV的范圍之內，防止電壓過(guò)高影響第二級分壓器中間串聯(lián)的微安表頭。該信號源的第一級的分壓器將5 V的直流電壓進(jìn)行粗分(粗調)，第二級分壓器將第一級分壓器分壓得到的電壓進(jìn)行細分(細調)，進(jìn)而滿(mǎn)足信號放大電路對直流毫伏信號的需求。
1．2 電壓頻率轉換用分壓器
根據LM331電壓頻率轉換芯片的輸入要求，由該芯片構成的電壓頻率轉換電路的輸入電壓信號的范圍為0～10 V。電壓頻率轉換用分壓器的輸入信號是采用大功率電位器將10 V的直流電壓分壓取得的。為降低整體的功耗，考慮到將10 V電壓分成最小的電壓幅度，分壓電位器的總阻值取10 kΩ。經(jīng)過(guò)測試，該電路能夠很好地輸出0～10 V的電壓，滿(mǎn)足該系統的要求。
1．3 電壓放大器模塊
由于被測的非電量信號經(jīng)傳感器轉變成電信號，并且傳感器輸出的電信號一般是很微弱的(5～200 mV)，并與輸入的被測量呈線(xiàn)性關(guān)系，而且易受外界的干擾，故一般采用運算放大器將小信號放大到與A／D電路輸入電壓相匹配的標準電壓(0～5 V)，才能進(jìn)行A／D轉換、處理、顯示等后續工作。本電路采用以?xún)炔侩娐费a償、低輸入觸發(fā)電壓、高開(kāi)環(huán)增益的通用型集成運算放大器LM358為核心，進(jìn)行毫伏信號放大處理。
由信號預處理電路、增益調節電路、電壓跟隨電路3部分組成。信號預處理電路將5 mV小信號進(jìn)行不失真的放大，但這個(gè)放大倍數僅有3．3倍，由于輸入觸發(fā)電壓太低，小信號直接進(jìn)行高增益放大會(huì )導致線(xiàn)性失真度增大而不滿(mǎn)足該電壓放大電路的控制要求。增益調節電路提供4種可以調節的電壓放大增益，為不同的信號放大提供了不同的放大增益，為將信號控制在0～5 V提供了可靠的保障。電壓跟隨電路具有輸入阻抗很高，輸出電阻很低的特點(diǎn)，“跟隨”性能非常好，可以改善電壓放大器的輸出特性。系統預處理前級放大倍數為3．3，根據輸出0～5 V標準信號的要求，增益調節電路使最大增益為10，信號經(jīng)過(guò)兩級放大和反相最終把5～200 mV微弱信號以很小的失真放大到0～5 V，在經(jīng)過(guò)電壓跟隨器后信號的輸出具有良好的輸出特性。原理圖如圖2所示。表1為信號放大電路測試結果。