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合理，訓練裝置運行可靠。
關鍵詞：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
根據相關資料的有關信息顯示，目前國內外沒有現成的電子儀器儀表裝調技能訓練平臺。根據《國家職業標準·電子儀器儀表裝調工》和職業技能鑒定規范，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，參加技能鑒定的學員已在所開設的相關課程中得到學習和掌握。而對電子識圖、焊接等技術知識缺乏掌握，對儀器儀表裝配調試方法和技巧比較薄弱，而專用的儀器設備欠缺，國家技能鑒定部門沒有現成的訓練題庫，只有電子儀器儀表裝調工國家職業標準和職業技能鑒定規范。而我校就本工種的技能訓練和鑒定工作已進行了十五屆，隨著該專業的技術發展，訓練項目和鑒定題目進行過大的改進有多次。目前，國家技能鑒定部門已出臺了國家職業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，提升了我校在新時期的發展潛力。

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進行兩級放大，經過放大處理的模擬信號經過調理電路處理后再進行A／D轉換，將模擬信號轉換成數字信號，然后再進行數字信號處理。數字信號處理部分采用性價比較高的AT89S52單片機作為處理器對采集的信號進行處理，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，防止電壓過高影響第二級分壓器中間串聯的微安表頭。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行細分(細調)，進而滿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。經過測試，該電路能夠很好地輸出0～10 V的電壓，滿足該系統的要求。
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性關系，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)，才能進行A／D轉換、處理、顯示等后續工作。本電路采用以內部電路補償、低輸入觸發電壓、高開環增益的通用型集成運算放大器LM358為核心，進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小信號進行不失真的放大，但這個放大倍數僅有3．3倍，由于輸入觸發電壓太低，小信號直接進行高增益放大會導致線性失真度增大而不滿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，“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，信號經過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，在經過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。