倪雷 ，孟宪宁， 刘旭
中国电子科技集团公司第四十九研究所 黑龙江省哈尔滨市150001
摘要：数字万用表是电测技术中的一种常用仪表，它把电子技术、计算技术、自动化技术的成果和电测技术结合在—起，具有使用方便、灵敏度高、测量速度快、量程宽、过载能力强、输入阻抗高、指示值具有客观性(不存在视觉误差)、扩展能力强等优点。
关键词：数字万用表；自动计量；设计；实现
数字万用表是一种常用的测量仪器，用于对电流、电压和电阻的测量。本文针对数字万用表计量中易发生人为差错、耗时长问题，设计了基于适配器的数字万用表自动计量系统，能准确高效的对数字万用表进行自动计量。实践表明，自动计量系统极大的提高了工作效率，可靠性好，能满足自动计量需求，具有较好的推广价值。
一、数字万用表当前应用现状
数字万用表是一种多用途电子测量仪器，一般包含安培计、电压表、欧姆计等功能，有时也称为万用计、多用计、多用电表，或三用电表。革除这些弊端一直是设计者苦苦探索但始终未能很好解决的难题。
二、设计方案
1、系统设计要求。1)应采取相应的技术措施，保证适配器的稳定性和可靠性，并采用计算机的USB接口供电；2)数字万用表的改造应简洁可靠，不应改变其原有功能及外观；3)测试装置应简洁可靠，操作便捷，故障率低，通用性高，可扩展性好；4)可同时对两台相同的数字万用表进行计量；5)按模块化、通用化、系列化的设计思想进行设计、开发。
2、系统组成。本系统主要由多功能标准源(FLUKE5500A)、计算机、自动计量适配器、USB电缆、RS232电缆、专用数据电缆、自动计量软件等组成。
3、数表的改装。采用数字示波器和数据采集卡对数表内部处理器进行测量分析，可知其输入到屏幕的信号为串行的数字信号，信号长度为128位，分别对应其LED屏幕上相应液晶管的通断，达到将采样信号翻译为读数的功能。
将数字万用表进行改装，添加转换接口将液晶屏信号转换为RS232信号，添加防休眠开关，通过修改芯片休眠规则方法使其在自动测试期间不能休眠。两处的改装集成于万用表内部，不增加数字万用表体积，不影响数字万用表的正常使用。转换接口和拨动开关为附加装置，需在数字万用表上打孔安装。数字万用表的改装简洁可靠，未改变其原有外观及功能。
三、适配器的设计
1、基本作用。由于数字万用表输出到期屏幕的数字信号为专用的128位TTL电平数字信号，仅其屏显LED可识别，其它设备读取结果均为乱码，导致该数字信号无法正常使用，为了使计算机能顺利读取数字万用表的屏幕信号，需设计一个自动计量适配器，将屏显信号翻译成计算机可识别的信号。
2、设计原理。首先内部设计隔离电源和数字光耦，用来读取并隔离屏显信号，以防止多台数字万用表同时测量时的互相干扰；然后通过微处理器对屏显信号翻译成计算机可识别的USB信号。通过USB扩展功能的加入，实现对两台数字万用表进行数字信号读取。对于共地干扰情况，通过在自动计量适配器内部引入数字光耦的方法，实现两台数字万用表和计算机三者间的物理隔离，避免了相互干扰；加入隔离电源模块，保证其数字光耦正常工作和数据的稳定传输；加入USB集线控制器，实现了对两台数字万用表的数字信号进行读取。适配器原理是将两路被测信号同时连接到适配器的输入端口，通过光耦隔离器进行隔离，避免相互干扰，信号转换器将被测信号转换为USB信号，便于计算机读取，通过信号调理电路将两路信号同时输出到适配器的数据输出端口。数据输入接口通过专用同轴电缆与两台数字万用表连接，数据输出接口通过USB电缆与计算机连接，功能模块的供电通过两块模块电源提供。
当适配器首次与计算机相连接时，需安装相应的驱动，其中USB集线控制器会自动安装驱动，而USB Serial Port口驱动需手动安装。
四、自动计量系统的实现
1、系统设置。待多功能信号源开机正常、自动计量适配器连接正常后，首先打开附带光盘上的“控件注册”目录，双击“Reg.bat”，待控件注册完成后，打开附带光盘上的测试软件“P17.xls”。工作前应进行“串口设置”和“波特率设置”，通常5500A(即多功能标准源)若直接连接计算机的“RS232”接口，则串口号设置为“1”即可，其波特率设置应与仪器上设置相同，仪器上通过“INSTMT SETUP”一>“REMOTE SET—UP”一>“HOST SETUP”一>“9600 BAUD”即可看到；“表1”和“表2”的串口号则可按图1所示“COM”号填写，其波特率设置为“2400”；下面“校验位”、“数据位”和“停止位”若无特殊改动则保持不变。
设置完成后，通过SMB电缆将自动计量适配器与数字万用表两台连接，数字万用表置于交流电压测试档位并打开防休眠开关，点击“初始化按钮”，则“屏显l”和“屏显2”显示与数字万用表显示相同数字，其中“屏显1”对应左边的测试表格，“屏显2”对应右边的测试表格，按对应表格将数字万用表的型号和编号填写如表格内，即可开始自动计量。
2、基本参数测试。计量首先将初始化各项硬件设施，使其处于合理的工作状态，然后测试其对多功能标准源控制功能和数字万用表数据读取功能是否正常，完成后就可按软件的提示进行自动计量，并将通过EX-CEl表格方式得到原始记录，完成对数字万用表的自动测试。
连接完成后，先点击“ACV 400mV”按钮弹出窗口，然后按窗口提示，将数字万用表置于“400mV”档位，并连线至5500A的电压测试端口，将5500A置于输出状态，再点击确定，软件将逐步对该档位所需测试参数依次进行测试，每个参数测量4次，测量结束后按操作提示执行即可，然后对后续档位依次测试即可。
自动计量过程中，由于多功能标准源和数字万用表的限制，部分地方需手动操作，每一项对仪器操作在计算机上均有相关提示进行，包括手动切换数字万用表档位，调整多功能标准源与万用表连接线序和手动开启多功能标准源输出等。
进行“电阻”档计量时，由于受仪器限制，应注意要对两块数字万用表分别进行，注意切换电缆连接。进行“电流”档计量时，需注意数字万用表应改为串联状态连接至5500A电流输出端口，连接中断时5500A不应开启输出状态，中途应注意数字万用表上的“A”、“mA”和“A”各档位间的切换。在最后一项“DCI IOA”档位测试完成后，需注意断开5500A的输出，将各连接电缆依次断开，关闭数字万用表的防休眠开关。点击“宏”里面的“生成原始记录”，软件将自动生成两份原始记录至桌面，并以数字万用表的编号命名；点击“宏”里面的“记录归零”将测试结果全部清零，并准备下一次测试。
综上所述，自动计量系统采用了显示符号的数字信号转换算法，数字信号隔离技术，自制了自动计量适配器，并对数字万用表的内部进行了改装，最后通过编写自动计量软件，实现了对无数字接口的数字万用表进行自动计量，解决手动计量数字式万用表速度慢、效率低、差错率较高等问题。实践表明，此系统操作简单，可靠性高，将单台数字万用表计量的时间缩短至15min，大幅提高了工作效率和准确性，具有较好的推广价值。
参考文献：
[1]高运征.自动测试系统完全计量的研究与实现[J].测试技术学报，2015(05).
[2]关宇东.数字万用表白动计量系统的设计[J].电子计量技术，2015(04).
[3]尤海鹏.数字万用表白动计量系统的设计与实现[J].计量技术，2018(09).