電子儀器儀表裝調(diào)技能訓(xùn)練平臺(tái)建設(shè)

摘要：提出采用AT89S52組成的電子儀器儀表裝調(diào)技能訓(xùn)練平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，采用模塊化設(shè)計(jì)方案，例如信號(hào)檢測(cè)與調(diào)理電路、信號(hào)變送器接口電路等主要硬件結(jié)構(gòu)，以及信號(hào)采樣、標(biāo)度轉(zhuǎn)換和信號(hào)補(bǔ)償?shù)溶浖鞒?。測(cè)試結(jié)果表明：電子儀器儀表裝調(diào)技能訓(xùn)練平臺(tái)能夠嚴(yán)格按照國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的要求較好地測(cè)試應(yīng)試者的水平。技能訓(xùn)練平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理，訓(xùn)練裝置運(yùn)行可靠。
關(guān)鍵詞：電子儀器儀表；信號(hào)調(diào)理；液晶顯示；技能訓(xùn)練；平臺(tái)建設(shè)

0 引言
根據(jù)相關(guān)資料的有關(guān)信息顯示，目前國(guó)內(nèi)外沒(méi)有現(xiàn)成的電子儀器儀表裝調(diào)技能訓(xùn)練平臺(tái)。根據(jù)《國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)·電子儀器儀表裝調(diào)工》和職業(yè)技能鑒定規(guī)范，電子儀器儀表裝調(diào)工必備的電工、電子基本理論知識(shí)，電子儀器儀表裝調(diào)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(shè)的相關(guān)課程中得到學(xué)習(xí)和掌握。而對(duì)電子識(shí)圖、焊接等技術(shù)知識(shí)缺乏掌握，對(duì)儀器儀表裝配調(diào)試方法和技巧比較薄弱，而專(zhuān)用的儀器設(shè)備欠缺，國(guó)家技能鑒定部門(mén)沒(méi)有現(xiàn)成的訓(xùn)練題庫(kù)，只有電子儀器儀表裝調(diào)工國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和職業(yè)技能鑒定規(guī)范。而我校就本工種的技能訓(xùn)練和鑒定工作已進(jìn)行了十五屆，隨著該專(zhuān)業(yè)的技術(shù)發(fā)展，訓(xùn)練項(xiàng)目和鑒定題目進(jìn)行過(guò)大的改進(jìn)有多次。目前，國(guó)家技能鑒定部門(mén)已出臺(tái)了國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技能鑒定規(guī)范，據(jù)此，設(shè)計(jì)、制作了該電子儀器儀表裝調(diào)技能訓(xùn)練平臺(tái)，填補(bǔ)了我校在這方面的空缺，提升了我校在新時(shí)期的發(fā)展?jié)摿Α?br />
1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)
電子儀器儀表裝調(diào)技能訓(xùn)練平臺(tái)系統(tǒng)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)由直流毫伏信號(hào)源、電壓頻率轉(zhuǎn)換用分壓器、電壓放大器、電壓一頻率轉(zhuǎn)換、頻率一電壓轉(zhuǎn)換、信號(hào)調(diào)理電路和顯示電路等模塊構(gòu)成。

信號(hào)的輸入模式采用儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)模式，輸出模式為符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA電流信號(hào)輸出模式。信號(hào)放大電路采用通用型雙運(yùn)算放大器LM358進(jìn)行兩級(jí)放大，經(jīng)過(guò)放大處理的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理電路處理后再進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后再進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。數(shù)字信號(hào)處理部分采用性?xún)r(jià)比較高的AT89S52單片機(jī)作為處理器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行處理，顯示數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的顯示部分采用LCD顯示器，增強(qiáng)了顯示界面的友好性和實(shí)用性。
1．1 直流毫伏信號(hào)源
該直流毫伏信號(hào)源的輸出為0～180 mV的電壓信號(hào)，輸入信號(hào)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(jí)分壓取得。在第一級(jí)分壓后將其電壓信號(hào)控制在0～200 mV的范圍之內(nèi)，防止電壓過(guò)高影響第二級(jí)分壓器中間串聯(lián)的微安表頭。該信號(hào)源的第一級(jí)的分壓器將5 V的直流電壓進(jìn)行粗分(粗調(diào))，第二級(jí)分壓器將第一級(jí)分壓器分壓得到的電壓進(jìn)行細(xì)分(細(xì)調(diào))，進(jìn)而滿(mǎn)足信號(hào)放大電路對(duì)直流毫伏信號(hào)的需求。
1．2 電壓頻率轉(zhuǎn)換用分壓器
根據(jù)LM331電壓頻率轉(zhuǎn)換芯片的輸入要求，由該芯片構(gòu)成的電壓頻率轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓信號(hào)的范圍為0～10 V。電壓頻率轉(zhuǎn)換用分壓器的輸入信號(hào)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(cè)試，該電路能夠很好地輸出0～10 V的電壓，滿(mǎn)足該系統(tǒng)的要求。
1．3 電壓放大器模塊
由于被測(cè)的非電量信號(hào)經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，并且傳感器輸出的電信號(hào)一般是很微弱的(5～200 mV)，并與輸入的被測(cè)量呈線(xiàn)性關(guān)系，而且易受外界的干擾，故一般采用運(yùn)算放大器將小信號(hào)放大到與A／D電路輸入電壓相匹配的標(biāo)準(zhǔn)電壓(0～5 V)，才能進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換、處理、顯示等后續(xù)工作。本電路采用以?xún)?nèi)部電路補(bǔ)償、低輸入觸發(fā)電壓、高開(kāi)環(huán)增益的通用型集成運(yùn)算放大器LM358為核心，進(jìn)行毫伏信號(hào)放大處理。
由信號(hào)預(yù)處理電路、增益調(diào)節(jié)電路、電壓跟隨電路3部分組成。信號(hào)預(yù)處理電路將5 mV小信號(hào)進(jìn)行不失真的放大，但這個(gè)放大倍數(shù)僅有3．3倍，由于輸入觸發(fā)電壓太低，小信號(hào)直接進(jìn)行高增益放大會(huì)導(dǎo)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(diào)節(jié)電路提供4種可以調(diào)節(jié)的電壓放大增益，為不同的信號(hào)放大提供了不同的放大增益，為將信號(hào)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(tǒng)預(yù)處理前級(jí)放大倍數(shù)為3．3，根據(jù)輸出0～5 V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的要求，增益調(diào)節(jié)電路使最大增益為10，信號(hào)經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大和反相最終把5～200 mV微弱信號(hào)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(hào)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(hào)放大電路測(cè)試結(jié)果。