新鲜小课题：数显数控可变电阻(精度1%)

只看该作者 · 2013-4-19 13:32

laoxu 发表于 2013-4-18 07:15
[老许版] 数显数控可变电阻

主要零件选用及成本：

今天认真看了xu导的原理图框架，说实话，不是十分明白。
1. 没有用过电机，所以不知道电机在内部的工作原理；
2. 自校正功能是如何实现的？

xu导这版的原理实在是复杂一些，打算放在下一版再去实现了。不搞懂原理，是不行的。
看来我还是先跟着电工老师做继电器版的。

只看该作者 · 2013-4-19 15:35

本帖最后由 DianGongN 于 2013-4-19 15:52 编辑

poren你好，前面看到你已经开始做1000Ω到1MΩ的调试，这个范围对继电器没有特别要求，普通国产的就行了。等LZ成功的好消息。

我还是按原来的计划，出了个原理图改进版，也只是个初稿，算是抛砖引玉，呵呵！

原理图没有包含继电器低压供电部分，这部分的作用是降低热电势，有兴趣的可以看一下66楼的原理图。
另外请注意，63楼和66楼的原理图中TPIC6B595的/CLR引脚应当接高电平，本楼已经改正。

只看该作者 · 2013-4-19 15:55

本帖最后由 DianGongN 于 2013-4-19 16:12 编辑

以下我将对原理图简要说明，还有这几天的学习结果和大家分享，听众只限菜鸟，呵呵！

原理图目标再重复一下，就是DIY一个和3296特性相近的程控电阻。
技术指标：
范围 0Ω到10MΩ，1Ω分辨率
精度读数1% + 0.1Ω
功率/电压/电流由程序限制(需要增加电阻端电压采样电路)
其他没有明示的指标如频率特性，交直流耐压与3296相近

这里的范围，作了修改，更加符合实际情况。
1Ω以前称为步进，现改为分辨率，实际的步进值由程序决定，可以是1Ω到1MΩ之间的任意值，而且每次步进值可以不一样。实际上每一次的程控电阻值，都是任意的。
写1Ω步进容易误导。

只看该作者 · 2013-4-19 16:17

DianGongN 发表于 2013-4-19 15:55
以下我将对原理图简要说明，还有这几天的学习结果和大家分享，听众只限菜鸟，呵呵！

原理图目标再重复一下 ...

搬个小板凳聆听电工老师的讲解……

只看该作者 · 2013-4-19 16:19

本帖最后由 DianGongN 于 2013-4-19 16:20 编辑

原理图没有用电子开关取代继电器，以前觉得可以取代。
通过学习，发现用电子开关必然影响电阻的频率特性，影响还比较大。
电子开关可靠性好，没有寿命问题，但在此也只能忍痛割爱。

只看该作者 · 2013-4-19 16:27

这次把MCU的信号和TPIC6B595用光电耦合器隔离了。
原因是小型继电器触点和线圈的距离比较近，触点火花容易辐射到线圈，进而干扰MCU，隔离了就没有问题了。
如果EMC处理得好，可以不隔离。

只看该作者 · 2013-4-19 16:45

本帖最后由 DianGongN 于 2013-4-19 17:07 编辑

现在的主要问题，依然是继电器可靠性问题，说一说自己的学习结果。
我手头上有一些PA1a-5的继电器，又做了接触电阻测试，一共15只，触点串联，结果是单个触点的接触电阻平均值6.6mΩ@1A。测试电流1A到0.2mA，发现接触电阻变化不大，电流变小接触电阻轻微下降，在1mA时为6.4mΩ。
可以说，用继电器切换电阻，接近理想开关。
在电流很小的时候，热电势大于接触电阻产生的电压降，但在精度1%的情况下，热电势可以不考虑。

我在原理图中，假定接触电阻15mΩ，看来这一点可以满足。就算工作一段时间接触电阻变大，还是容易保持在15mΩ之内。这部分的可靠性问题不大。

只看该作者 · 2013-4-19 16:59

本帖最后由 DianGongN 于 2013-4-19 17:05 编辑

继电器的线圈越细，可靠性越差。对大型继电器没问题，对小继电器可能有问题。
请看PA1a的datasheet:

这说明PA1a的线圈在24V的时候，线径到了极限，只好让线圈功率加大。
可以推断5V线圈的线径较粗，可靠性较好。
在原理图中改用了PA1a-5继电器，就是为了提高线圈的可靠性。

这样做有个意外的好处，就是可以少用一组电源。

只看该作者 · 2013-4-19 17:19

本帖最后由 DianGongN 于 2013-4-19 17:23 编辑

继电器最脆弱的部分是触点的电气寿命，请看datasheet

可见无负载情况下的机械寿命2000万次，比较高。电气寿命不理想。

只看该作者 · 2013-4-19 17:33

本帖最后由 DianGongN 于 2013-4-19 17:36 编辑

其实，具体的电气寿命和负载电流有关。
我们DIY的3296最大电流为0.2236A。因为3296功率0.5W，最小电阻10Ω。
取限流值0.23A，这个功能需要电阻端电压采样电路和程序配合才能实现。我的原理图中没有这一部分，大家可以自行添加。
在0.23A的负载电流情况下，触点的电气寿命请看曲线：
电气寿命约200万次，按1天调节1000次计算，可以工作5年。
这个可靠性应该可以接受。
即使到时候坏了，更换损坏的继电器即可。

只看该作者 · 2013-4-19 17:41

可靠性分析到此告一段落，一家之言，敬请拍砖，呵呵！

晚上再来简单侃一下如何通过MCU来指挥TPIC6B595得到指定的电阻值。

只看该作者 · 2013-4-19 21:37

本帖最后由 DianGongN 于 2013-4-20 08:40 编辑

TPIC6B595是8位移位寄存器，4个串联形成32位移位寄存器。因为输出有钳位二极管，可以驱动继电器。

MCU将数据中的最高位(或者最低位)放到SIN，然后在SCK上加正脉冲，1位数据就被移入595中的移位寄存器；
MCU将数据中的次高位(或者次低位)放到SIN，然后在SCK上加正脉冲，1位数据就被移入595中的移位寄存器；
............
上述过程重复32次，32位数据就全部移入595中的移位寄存器。

此时MCU在RCK上加正脉冲，595移位寄存器中的32位数据同时锁存到输出寄存器，数据为1的输出端Q导通，继电器线圈通电吸合。数据为0的断开。

MCU只要送出相应的数据到595就可以控制所有的继电器通断状态。

只看该作者 · 2013-4-19 21:43

本帖最后由 DianGongN 于 2013-4-19 21:44 编辑

原理图中595上电后所有寄存器中的数据为0，输出Q全部断开，继电器触点全部断开，电阻值=16 024 023Ω

只看该作者 · 2013-4-19 22:25

DianGongN 发表于 2013-4-19 21:43
原理图中595上电后所有寄存器中的数据为0，输出Q全部断开，继电器触点全部断开，电阻值=16 024 023Ω ...

电工老师的讲解极适合我等入门级选手。
谢谢电工老师。
仔细阅读原理图，感觉没有问题，原理均是理解的。下一步我会完善原理图的各个细节，并加入电源，MCU，键盘，显示部份的电路，然后进入程序设计。
由衷的感谢电工老师，有机会定当当面拜谢。

顺提，AVR通过595控制多个继电器的试验已经完成，全部通过。

最近较忙，有两个项目上手了，母亲前两天身染病恙，着实时间有点紧。
估算了一下，大家需要一个月时间，争取完成。
xu导师的原理图架构阅读后感觉吃力，打算在电工老师的继电器版完成并完善后，尝试一下，但感觉有大量的课需要补一下，如电机的控制，采样，自校准什么的，总之这增强版现在我看来难度较大。

只看该作者 · 2013-4-19 22:55

家庭第一，工作第二，爱好第三，和谐，家和万事兴，哈哈！

LZ速度挺快，赞一个！这样我下周打算谈一点其他部分的想法，纯粹参考性质的，哈哈！
现在起我的时间开始比较紧，以后尽量多关注。
预祝LZ朝日成功！

只看该作者 · 2013-4-19 23:27

DianGongN 发表于 2013-4-19 22:55
家庭第一，工作第二，爱好第三，和谐，家和万事兴，哈哈！

LZ速度挺快，赞一个！这样我下周打算谈一点其他 ...

家庭第一，快乐第二，工作第三，和谐，家和万事兴。
这是我的排序。哈哈。

爱好带来的是快乐……

只看该作者 · 2013-4-19 23:31

DianGongN 发表于 2013-4-19 17:33
其实，具体的电气寿命和负载电流有关。
我们DIY的3296最大电流为0.2236A。因为3296功率0.5W，最小电阻10Ω ...

整体来看,"取限流值0.23A，这个功能需要电阻端电压采样电路和程序配合才能实现。"难度最大，其中的知识约有60%超出我现有的知识储备。

只看该作者 · 2013-4-20 03:38

poren 发表于 2013-4-19 13:32
今天认真看了xu导的原理图框架，说实话，不是十分明白。
1. 没有用过电机，所以不知道电机在内部的工作原 ...

今天认真看了xu导的原理图框架，说实话，不是十分明白。
1. 没有用过电机，所以不知道电机在内部的工作原理；
2. 自校正功能是如何实现的？

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1. 为求简单实用，俺选用的是直流电机，电机内部的工作原理可暂时不管，你只管在电机两端加电压（可用PWM控制），其转速近似地和加的电压成正比，电压越高转速越快。

2. 自校正功能的实现，是通过RL1切换到恒流源，使电阻箱标准电阻通过基准电流，再测量其两端电压，根据 R=U/I ，即可推算出标准电阻的实际阻值，从而校正标准电阻。

只看该作者 · 2013-4-20 08:25

poren 发表于 2013-4-19 23:27
家庭第一，快乐第二，工作第三，和谐，家和万事兴。
这是我的排序。哈哈。

LZ说得好！
可是，可是，让我们这些吃不饱穿不暖的穷电工情何以堪！

只看该作者 · 2013-4-20 08:29

poren 发表于 2013-4-19 23:31
整体来看,"取限流值0.23A，这个功能需要电阻端电压采样电路和程序配合才能实现。"难度最大，其中的知识 ...

LZ做到这一块的时候，我再班门弄斧，花拳绣腿一番，呵呵！
原理图中最大电阻值=16 024 023大于10M，就是为这个端电压采样电路预留了空间。

新鲜小课题：数显数控可变电阻(精度1%)

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