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参赛作品《便携式6.5位多用表》
JOYlab
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发表于Sat Jun 02 14:58:27 CST 2018   |  只看该作者 1# 电梯直达

【报名阶段需要填写的内容】


1. 参赛者姓名(必填项): 韩赛华  孟欣  姚广召  李飞  周锋  赵雅新

 

2. 单位或学校名称(选填项): JOY实验室

 

3. 当前职务或职称(选填项): 业余爱好者

 

4. 参赛作品的名字(必填项): 便携式6.5位多用表


5. 简要陈述您的idea和作品(必填项):

 

概述:

        这里首先要先要介绍下原创者:孟欣。当初是他进行了原型机的开发,调试,以及样机的生产。看了他的mx6.5的资料,慢慢的对这个有所了解,近来有时间了,想着也做个玩一下,然后就边做边改。平时基准玩的多,台表搬来搬去不方便,做个便携的可玩性高,锂电池续航做到30小时以上工作时间,可外出携带使用。1v档以下噪声比较低,可以用来做基准背靠背测量。增加了NTC,热偶测温。增加pc端上位机,蓝牙通讯。

(以下摘录孟欣原帖内容:)

       数字多用表是常用的测量仪器,目前市场常见的是3.5(三位半)和4.5 手持表,用于一般测量,另外高端的则是6.5位以上的台式表,价格较高,用于高精度测量。
随着电子技术的进步,高性能低成本的器件层出不穷,使得制作一部低档的6.5位数字多用表成为了可能,这里介绍这款六位版,就是在性能上、功能上和成本上综合考虑的一种设计实现方案。
设计思想:
        选用成品的通用元件:高端DMM采用以 恒温深埋齐纳基准——前端为Dual JFET的混合低噪声运算放大器——多斜率积分高速高分辨率ADC 为主轴的测量系统,其中每个部分的制作难度都非常高,而且需要昂贵的仪器进行调试、校准,这样的要求在业余条件下是难以满足的,所以这里采用了相对低成本可靠通用IC 精密带隙基准——单片低噪声斩波稳零放大器——24Bits低噪声ΣΔ ADC来替代,这样的既可以减少元件采购难度,降低整体成本,最重要的是能得到可靠的性能保证,就是说可以根据DataSheet上标明的最差指标可以计算出系统的整体性能。
       放弃高电压,大电流量程:首先对这些量程进行高精度测量本身难度就非常高,而且对系统的输入选择、保护系统提出了很高的要求,元件质量要求高,PCB面积占用大,最重要的是要为用户人身安全负责,为了避免出现安全问题所以没有设置危险的测量量程。
放弃长期稳定性:要靠数字多用表本身来保证长期稳定性意味着整个系统每个部分都要有很高的长期稳定性,基准要用深埋齐纳基准,分压电阻要用精密电阻网络等等,成本会显著提高,相对而言购买或制作标定好的基准要便宜的多,而且在进行对比测量时可以将整体的精度提高到接近外部基准的水平。
放弃交流测量:由于没有设计交流测量系统的条件,所以没有做。(后期已经加上ac测量功能)

采用手持设备架构:由于现代MCU的集成度非常高,开发工具越来越简便,加之笔者最近在学习STM32,所以就做成手持设备了.
总的讲设计要素的优先关系如下 低成本〉小巧〉低功耗〉高性能

 

6. 拟用到的立创商城在售物料(必填项):

 

 MAX328ADG409/509AD8629LT2440LTC1968LM73CIMK-1STM32F103VBSST25B016,电阻电容若干

 

7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充(必填项):

 

蓝牙模块;轻触按键,12864点阵屏,亚克力板等;


8. 拟用到的EDA工具软件名称(必填项):Protel99


【作品正式发表(报名成功后进入设计阶段)需要填写的内容】


一、作品简介

这是一款多功能小型台式表(后面简称小台表),有直流电压、电流、交流电压、电流、2线电阻、4线电阻、通断等常用功能。

首先,做这表的目的就是用来代替一些5.5位6.5位台式表,平时玩高精度的器件比较多,普通台式表不方便移动,调试的时候东拉西扯麻烦,这个就可以随时随地移动,摆放,适合粗调使用。

其次,这表作为学习高精度万用表基本原理的学习套件也是相当不错的,涵盖了电源系统,采集系统,显示系统等经典项目。

最初做这个表完全是兴趣,开始是借用胜利的万用表外壳做了一个版本,然后发现按键太少,使用不太方便,就重新设计了外壳,做完效果还不错,至少使用上不成问题,至于结构强度暂未考虑。

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主要功能:

    DCV /ACV:100mV、1000mV、10V、100V
    2W/4W OHM: 100R、1k、10k、100k、1M、10M(仅2W)
    DCI/ACI: 1000mA
    TMP: Pt100 2W/3W/4W,热偶K/J/N,热敏电阻NTC 10K

   通断(阀值0-255R可调)、二极管、稳压管(7v以下,电流1ma)

   有自动量程、手动换档、Null、速率可选、显示位数可切换(5.5-7.5)、蓝牙传输等功能

电源:

采用单节4.2v锂电池供电,低于3v会提示低压报警并关机,保护电池过放电。正常工作电流大约70ma,电阻档大约80ma,3000mah的电池可以用40小时左右,随时可通过usb充电,也可以边冲边用,续航不是问题。

速度:

10plc-50plc-100plc-5sAVG-10sAVG速率可通过左右方向键来回切换

 

小台表的adc还是ltc2440,性能在这里基本被压榨完了,基本能达到手册给的指标。基准由原来的adr421换为LTC6655,6655的优点是低压差,噪声低,稳定快,确实就是比较费电,静态电流5ma多,不在意功耗的就用吧。



二、系统构架图

用流程图或思维导图等形式,描述您的作品的组成构架,即方案图。

 

三、硬件部分的描述

dig1.3.pdf  数字板电路图

alg1.3.pdf  模拟板电路图


usb输入及充电:

 


usb输入及线性充电模块,DW01和FS8205A组成锂电池保护电路。

主控:

 

MCU 采用STM32F103VBT6 ,RTC晶振使用6pF 32.768K。
MCU使用3线SWD端口进行Flash烧写和调试。
PA0构成软件电源开关,可以从待机模式唤醒MCU。
LCD屏使用并行模式,4X4矩阵键盘,存储器 采用SPI模式。
P_DMM端口用来控制模拟板。

 

输入选择:

 

输入切换电路以及100:1分压网络

程控放大:

 

主放大器采用了AD8629,该器件为低噪声斩波稳零放大器,U20A根据U27选择的反馈信号配置成X2或X20放大器,U20B是一个驱动驱动容性负载的缓冲器,用以驱动ADC。
这里的分压电阻可以用LT5400-8孪生电阻,也可以用独立贴片低温飘电阻,由于要求不高模拟开关采用了采用了ADG509.

 

Ref and ADC:

 

U7,U8是5V精密基准,2选1使用,这里做了一个兼容。

U9 采用24Bit低噪声ΣΔ ADC LTC2440 可提供接近21Bits的有效位。


欧姆电流源:


  

U31为低偏置电流精密运放AD706,其中U31A和Q7起到参考电压缩放-转移的作用,将5V的基准转换成比标准电阻(RN18~RN31)公共端低1V输入到U31B的正,模拟开关用于选择4个标准电阻(开尔文接法),Q8是PJFET受U31B控制保持标准电阻两端的电压为1V,Q3~Q6 与 D5 组成保护电路,Q9为低漏电流N-JFET MMBF1117A。

AC转换:

 

使用LTC1968真有效值转换芯片进行ac电压测量,RJ10~RJ15和U51 U5组成比例放大电路,对输入信号进行衰减和放大,输入ltc1968进行转换后送入ADC。

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U10 U11为升压ic,给电流源及adc系统供电。U12稳压后给基准及adc供电。U13给磁保持继电器驱动供电。




四、材料清单(BOM列表)

本万用表使用的主要芯片有:MAX328,ADG409/509,AD8629,LT2440,LTC1968,AD706,LM73CIMK-1,STM32F103VB,SST25B016,蓝牙模块,12864点阵屏,电阻电容若干;


五、软件部分的描述(选填)

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六、作品演示

请上传您的作品的功能演示到腾讯视频,并编辑到本楼(或附上视频链接)。按要求上传视频可获得10分,具体详见活动规则。

 

http://url.cn/5sa16KO?sf=uri  《便携式6.5位多用表-操作演示》

http://url.cn/5lD2XgE?sf=uri  《便携式6.5位多用表-快速模式下0点跳动》

http://url.cn/5L9OydP?sf=uri  《便携式6.5位多用表-快速模式部分档位满量程功能测试》

 

七、总结

优缺点:

先说说优点吧,直流1v档位性能是最好的,100mv次之,100v档也不错,电阻档都不错,交流档在5k频率以下衰减很小,5k以上慢慢变大,不必纠结,权当一个附加功能吧。
最大的缺点就要说10v档了,10v档是通过输入10M分压得到了0.1v后再放大20倍进入adc的,所以噪声比较大,这个没法改良,只能这样子。

还有一个电阻档,虽然短期稳定性不错,但是温飘和长稳不会太好,因为现在用的是25ppm的薄膜电阻,不是金属箔电阻,温飘和老化肯定是无法匹敌的,但是金属箔价格也比较高,有兴趣的同学可以买一些二手贴片箔电阻打磨一下,温飘改善还是很明显的,长稳也肯定好的多。

如何改进:

刚才说了10v档不好,那就先说说如何改进。要改10v档,那就必须把模拟输入部分全部重新设计,现在是先分压-后放大-再采集,要换成先缓冲-后分压-再采集,这样就能将10v的噪声改善一个数量级,实验已通过,但是不会用在这个版本上面,因为改动幅度非常大,而且这部分耗电也非常厉害(功耗是现在的3倍),考虑再三还是放弃了。

未来升级展望:

这个版本过后,会慢慢做一个双基准校准的小台表,只用10v和10k进行全档位校准(包含直流电压、电阻、电流,交流部分不包含),具体的功能原理可以参见lymex的帖子:http://bbs.38hot.net/thread-67-1-1.html,有具体介绍,我就不赘述了

最后要感谢立创商城提供这个平台,让大家都能分享自己的作品,谢谢!


该帖子已被JOYlab于Sun Aug 19 18:48:01 CST 2018编辑过
电子测试测量仪器爱好者联盟
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发表于Sat Jun 02 19:26:15 CST 2018   |  只看该作者 2#
.........................................
立创工程小...
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发表于Sun Jun 03 13:09:09 CST 2018   |  只看该作者 3#
恭喜您已经报名成功!

您现在就可以开始进行设计工作了,后期相关内容请在一楼编辑进行完善。

当前所有参赛选手分值统计表及活动详细介绍见:http://club.szlcsc.com/article/details_12591_1.html
立创商城电子制作节(审核专员)
JOYlab
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发表于Sun Jun 03 20:57:11 CST 2018   |  只看该作者 4#
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电子测试测量仪器爱好者联盟
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发表于Sun Jun 03 20:59:50 CST 2018   |  只看该作者 5#
老村长之老...
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发表于Mon Jun 04 09:57:16 CST 2018   |  只看该作者 6#
老村长来了,表示支持啊。
北京,电子数码爱好者
立创小星
【官方工作人员】
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发表于Mon Jun 04 12:06:57 CST 2018   |  只看该作者 7#
恭喜您传播成功,获得3分。当前所有参赛选手分值统计表及活动详细介绍见:http://club.szlcsc.com/article/details_12591_1.html
ZDDNET
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发表于Tue Jun 12 19:36:33 CST 2018   |  只看该作者 8#
很不错的,支持一下。
jlhgold
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发表于Tue Jun 19 13:13:50 CST 2018   |  只看该作者 9#
支持一下
小小一颗葱
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发表于Mon Jul 09 06:32:57 CST 2018   |  只看该作者 10#
雅蠛蝶,必须支持?
喜欢买东西,就是没时间做产品!
A36520G
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发表于Mon Jul 09 15:46:46 CST 2018   |  只看该作者 11#
支持
qm
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发表于Mon Jul 09 20:28:20 CST 2018   |  只看该作者 12#
支持一下
立创小星
【官方工作人员】
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发表于Mon Aug 06 17:30:01 CST 2018   |  只看该作者 13#
楼主,咱们这次制作节设计截止时间是2018年8月20日23时59分59秒,时间有点紧了,记得及时在1楼编辑更新!冲刺20000元大奖(注:超时更新无效)
JOYlab
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发表于Sun Aug 12 15:56:23 CST 2018   |  只看该作者 14#
先抓紧更新一部分
电子测试测量仪器爱好者联盟
CHENG1495
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发表于Mon Aug 13 21:26:13 CST 2018   |  只看该作者 15#
立创小星
【官方工作人员】
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发表于Tue Aug 14 15:08:39 CST 2018   |  只看该作者 16#

记得上传视频哟,按要求上传即可获得10分。具体要求见下方↓


将拍摄好的作品录像上传到腾讯视频且标题为"第三届立创电子制作节参赛作品:《作品名》",并将腾讯视频链接更新到各自的参赛帖中,如标题长度受限可缩减标题,保留“第三届立创电子制作节”核心字眼即可。)

arokh
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发表于Fri Aug 17 19:25:04 CST 2018   |  只看该作者 17#
这个厉害了,六位半啊,挑战安捷伦34401!
jnhulin
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发表于Sun Aug 19 14:20:50 CST 2018   |  只看该作者 18#
支持一下
Baof
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发表于Sun Aug 19 14:24:04 CST 2018   |  只看该作者 19#
不错的设计,支持一下
saint
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发表于Sun Aug 19 14:36:23 CST 2018   |  只看该作者 20#
小巧便携,给测试人员提供了一个新的选择。
得力集团
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发表于Sun Aug 19 14:38:48 CST 2018   |  只看该作者 21#
牙买蝶!
LO单片机VE
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发表于Sun Aug 19 14:59:47 CST 2018   |  只看该作者 22#
确实是个好项目,这么高的精度,量程又这么宽,做出来是不容易的,顶一下!
技术源于积累,成功源于执着!
caat
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发表于Sun Aug 19 15:06:03 CST 2018   |  只看该作者 23#
很好的作品,便携表有此高精度也难得了,功能也不错,支持一下!
ZDDNET
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发表于Sun Aug 19 15:21:33 CST 2018   |  只看该作者 24#
不错,挺好的。
陪你在坑里...
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发表于Sun Aug 19 21:50:33 CST 2018   |  只看该作者 25#
支持乐老师及其它几位朋友的行动和努力,套件收到后焊接调试都无大的问题,使用正常,尤其是1V量程完美,噪声和稳定性都很高,另外电阻档相当棒,可以测试出普通电阻的温飘,哈口气都可以看到变化。是电子仪表爱好者的不可多得的优秀作品。期待乐老师的双十套件早点面世。
Edward
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发表于Mon Aug 20 22:09:17 CST 2018   |  只看该作者 26#

难的有人把自制高位表这个理想实现得这么彻底的。


很多论坛里经常会见到很多人说要做这个表,做那个表,还有什么电子管八位半的,但是最终实现的少之又少。


楼主能将很多人曾YY过的变成现实,其中的努力和坚持是很多人所不知的。


楼主的表以低廉的成本实现了较高的性能,只有全部问题都清楚了,才具有设计能力,所以这是很难得的。

ahhui
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发表于Tue Aug 21 08:20:18 CST 2018   |  只看该作者 27#
楼主是38度大神,JOY六位半,乐牌手风琴,厉害了!
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发表于Wed Aug 22 16:45:10 CST 2018   |  只看该作者 28#

立创小星
【官方工作人员】
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发表于Mon Aug 27 11:49:05 CST 2018   |  只看该作者 29#

在这激动人心的时刻,恭喜楼主获得第三届立创电子制作节优秀奖,点击查看获奖名单:http://club.szlcsc.com/article/details_36337_1.html
同时,“最佳人气奖”正在投选中,识别下方二维码,为您喜爱的作品投上宝贵的一票吧!

 

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