基于LM231的负载测量及电缆长度测量系统

基于LM231的负载测量及电缆长度测量系统

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/wqsdqw/article/details/137378044

本文介绍了一种基于LM231芯片的负载测量及电缆长度测量系统。该系统通过利用LM231的电压-频率转换特性，结合STC15F2K60S2单片机，实现了对电缆长度的精确测量。同时，该系统还能区分负载类型，并测量电容值。

1.总体方案

1.1.电路设计

电路设计结构如图1所示。

图1 电路设计结构图

1.2.LM231介绍

LM231是一款精密的电压-频率转换器芯片，非常适合用于模拟到数字的转换应用，如模数转换、精确的频率-电压转换、长期积分、线性调频或解调等多种功能。它的输出是一个脉冲序列，其频率与施加的输入电压精确成比例。因此，LM231提供了电压-频率转换技术的所有固有优势，并且易于应用于所有标准的电压-频率转换器场景。

本方案选取LM231作为测量电容的振荡器芯片，对于同轴电缆而言，它可以近似看作一个平板电容器，当同轴电缆长度变化时，其电容值也会发生改变，对应于LM231振荡器输出信号的振荡频率也会发生变化。这个就是测量电缆长度的原理，我们只需要找到电缆长度和电容的关系，电容和振荡频率的关系，进而推算出电缆长度和振荡频率的关系。最终利用主控MCU测量到的信号频率反推出电缆长度即可。

利用上述原理，也可以检测出负载是电阻还是电容，如果是电容，进一步的还可以把电容换算出来；如果是电阻，则振荡器输出只是一个直流信号。这样就可以区分负载类型啦。

1.3.STC15F2K60S2介绍

STC15F2K60S2芯片

优点

• 价格低廉：15单片机是一种廉价的微控制器，适合大规模生产和低成本项目。
• 强大的处理能力：15单片具有高性能的处理器，可以处理复杂的算法和任务。
• 丰富的外设接口：15单片机具有多个通用输入/输出口、模拟输入/输出口、串口、定时器等外设接口，方便与其他设备进行通信和控制。

缺点

• 存储容量有限：15单片机的存储容量较小，可能无法满足一些需要存储大量数据的应用。
• 缺乏操作系统支：15单片机通常不支持操作系统，需要用户自行编写和管理程序。
• 开发工具较少：相比一些更流行的单片机，15单片机的相关开发工具和支持资源相对较少。
• 不适合高性能应用：由于15单片机的能力有限，不适合处理高性能和大规模数据处理的应用。

2.仿真效果

2.1.仿真原理图

仿真原理图需要的可以私聊。

2.2.电缆长度模拟测量

电路原理图搭建好之后，模拟接入电缆和不接入电缆LM231振荡器输出信号的情况作为演示，模拟接入电缆的电容值为100pF，下图为不接入电缆时振荡器的输出：

下图为接入电缆时LM231振荡器的输出：

由上述两张图可以看出，振荡器输出频率变化显著，证明该方案是有效的。

因此，我们在实际实验的时候，改变电缆长度，利用LCR仪器测量其电容值。结果如下：

在实际实验过程中，将不同长度的电缆接入电路中，测量振荡器输出频率，得到电缆长度和输出频率的对应关系如下：

最后，我们可以绘制曲线，换算出电缆长度和输出频率的数学表达式关系。

3.程序说明

程序流程图如下图所示。

对应电阻的测量方案，可以有多种，例如恒流源测电阻，谐振法测电阻等等。这里选用的方案是利用分压法测量。这种方案结构简单，节省成本。

具体代码私聊获取。

本文大部分内容都属于原创，如需转载，请附上本文网站，

如果需要相关的仿真图、程序代码等资料可以直接私信我，我会及时回复。