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电子技术
Electronic Technology
电子技术与软件工程
Electronic Technology & Software Engineering
本测试仪是以2019年全国大学生电子设计竞赛D 题为原型，实现一套简单的简易电路特性测试仪，该系统应具有信号发生模块，信号检测模块，信号判断处理模块，示波器信号采集模块，以及显示模块等。系统整体模块图如图1 所示。技术难点在于输入信号幅值较大时经过放大器放大会变的更大，难以用ADC 采集和比较，输入信号幅值较小则难以采集，输出电压不固定造成难以通过分压的简单方式测量输入输出阻抗，此外显示幅频特性曲线对于小屏幕也难以操作。1 方案比较与论证1.1 整体设计方案选择1.1.1 单片机的选择
方案一：采用STC89C51单片机对各个模块进行控制。51单片机程序设计简单容易入手，价格便宜。但是，51单片机没有显示屏模块和AD 转化模块，用于本作品的话，还需要额外增加这两个模块，而且用51单片机实现对这两个模块的控制难度大。
与CSSD 配套使用，通过消毒标签条码绑定，实现了每个敷料包内物品清单的监督和追踪管理。4.6 系统统计与分析
南京鼓楼江北国际医院手术室智能衣柜管理系统项目建设中，系统化的建设智慧织物柜的数据统计和分析系统，就洗手衣自助管理、手术智能更衣管理的相关数据进行记录分析，通过这些数据分析，不仅实现了更衣流程监督，更为织物追溯、洗涤成本核算、工作量统计、织物质量评估、医院管理决策等工作的开展提供了有效依据，确保了医院织物管理的现代化、规范化、智慧化。5 医院智能织物柜的实际运用与应用效果评估
结合南京鼓楼江北国际医院手术室智能衣柜管理系统建设实际可知，医院智能织物柜的应用具有以下优势特征：
（1）职能织物柜基于物联网编制物联网解决方案，实现了洁净织物、污染织物清点交接、回收洗涤的自动化、智能化管理。
（2）在RFID 标签系统下，智慧织物柜实现了织物分类、收集、运输、清点、储存的持续化追踪管理，确保了管理过程的系统性。
（3）在整个管理过程中，织物的清点、分拣、运送、发放、回收、送洗均实现了自主服务，这有效的减少了人力资源投入，降低了降低了医院管理成本。
（4）该系统下，所有的织物均镶嵌一枚具有全球唯一识别码的RFID 标签，通过这一标签，织物所处的物质、使用人员信息、清洁状态均得以有效把控，有效的减少织物的损耗和丢失，并实现了织物污染的有效控制，确保了医疗环境的安全性。
（5）智慧织物系统实现了织物的全流程闭环追溯管理，并且在实际管理中，其具有设备智能化，服务人性化的特点，有效的提
简易电路特性测试仪的设计
靳涛
（哈尔滨工程大学 黑龙江省哈尔滨市 150001）
方案二：采用STM32F407单片机作为系统控制核心。STM32单片机功能强大，附带有显示屏模块和AD 转化模块，可直接通过程序进行控制。
方案选择：考虑到程序设计的难易程度和电路连接的复杂程度，采用方案二。
1.1.2 信号发生模块的选择
方案一：测量输入阻抗，输出阻抗，增益时通过STM32F407单片机的DAC 产生需要的信号，测量幅频特性曲线时通过STM32单片机的PWM 扫频实现，两种波形的切换通过单片机的IO 口的不同电压改变三极管的导通情况控制继电器切换实现。
方案二：采用锁相环间接频率合成方案。锁相环频率合成在一定程度上解决了既要求频率稳定精确、又要求频率在较大范围可调的矛盾。但输出频率易受可变频率范围的影响，输出频率相对较窄。
方案三：选用单片压控函数发生器 MAX038.若将MAX038输出设置在正弦波模式下，只需要很少的外部原件，就可以 输出高频特性较好、频率范围较宽的正弦波。但由于其为压控型芯片，产
升了医院医疗服务质量，实现了医院智慧医疗、智慧健康、智慧织物、智慧洗涤、智慧商业、智慧养老的有机统一。6 结论
智能织物柜对于医院的现代化发展具有重大影响。随着社会的进步、时代的发展，医院织物管理中，只有结合医院织物管理现状，将人工与智能有机的结合与运用，系统化的进行智能织物柜组织结构设计，并进行智能鞋柜、洁净洗手衣自助发放站、智能更衣柜、手术织物自助回收站、出口监视及门禁装置等设备的高效建设，保证织物的追溯效率和医护人员更衣行为的监管质量，才能提升智能织物柜的应用水平，促进医院的智慧化、现代化发展。参考文献
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[4]李爽，周翔，胡志远等.智能可调温服装织物及测试方法研究
现状[J].纺织导报,2018(7):83-85.作者简介
孔维强（1983-），男，江苏省南京市人。大学本科学历，助理工程师。研究方向为医院楼宇智能化系统集成。
摘 要：本文主要叙述了以2019年全国大学生电子设计竞赛D 题为原型的一种以STM32单片机为主控芯片的简易电路特性测试仪方案，通过单片机采集三极管放大电路的电压，计算输入阻抗，输出阻抗，增益，使用器件简单常见，成本低廉，该电路特性测试仪能自动测量并显示放大电路的输入、输出电阻、增益，显示上限频率值和幅频特性曲线，判断电路的故障，是理想的电路检测装置。
关键词：电子设计竞赛；STM32单片机；自动测量；故障判断
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生信号 的频率稳定性差、精度低、抗干扰能力不强、灵活性差。
方案选择：三种方案均可进行，但是方案一仅的关键是程序控制单片机运转，对于硬件电路要求较低，本着节省成本的原则，选择方案一。
1.1.3 信号检测模块的选择
方案一：使用以AD637为核心的检波电路，由AD637构成的转换电路具有准确度高、稳定性好、频带较宽等特点，无论对失真波形还是非周期波形都可以高准确度测量其有效值，先使用精密检波模块对电路
波形的采集与检测转换为有效值，后期再经由模数转换交由主控芯片处理。
方案二：直接通过STM32单片机的ADC 采集，不需要过于复杂的电路，简单快捷。
wangyan方案选择：单片机STM32主控的ADC 采集具有采集速度快，配套程度高，外围电路简便，程序编写简便，稳定性强的优势，故选择方案二。
1.1.4 射极跟随器模块的选择
方案一：ADA4522-2为双通道、零漂移、低噪声、低功耗、具有接地检测输入和轨到轨输出的运算放大器，并针对随时间、温度和电压条件变化的总精度进行了优化。这些器件具有宽工作电压和温度范围、高开环增益、极低直流和交流误差，适合在各种应用中放大极小的输入信号并精确再现较大的信号。
方案二：OPA695是一种高带宽、电流反馈运算放大器，它结合了异常的4300 V/s 旋转速率和低输入电压噪声来提供精确、低成本、高动态范围的中频放大器。优化的高增益操作，OPA695是理想的缓冲声表面波(SAW)滤波器在中频带，或提供高的输出功率
在低失真的电缆调制解调器上行线路驱动器。
方案选择：综上所述，为了连接两个电路，起到隔离作用，需要输入阻抗高，输出阻抗低，因而从信号
源索取的电流小而且带负载能力强的电路，我们运用了OPA695运算放大器，做射极跟随器，减少电路间直接相连所带来的影响，起缓冲作用，以便测量，选择方案二。
1.2 系统整体方案的选择
方案一：由MCU 控制DDS 发出信号，由检波电路检测，模数转换后交由MCU 处理，三极管放大电路配以模拟开关，通过VCA821，加以固定运放检波，模数转换后即可测得。
方案二：由STM32F407担任电路主控，加以PWM/ADC 切换模块，射随模块，与电源连接的三极管放大电路，再经射随模块，输出电压模块反馈，最后在OLED 屏幕上加以显示，整体电路主要通过程序控制硬件电路完成各项指标任务。
方案选择：方案一中的硬件电路搭建起来较为复杂，成本较高，仿真虽然容易实现，但是各级配合需要考虑到阻抗匹配等因素，不确定性较大，本着省时省力低成本的原则，采用方案二。1.3 系统整体框图
如图2所示。2 理论分析与计算
由模拟电子技术基础理论分析，并在Multisim 上仿真得出输入电阻，输出电阻，增益，幅频特性曲线，具体分析如下： 2.1 输入、输出电阻
交流电路下电容的容抗计算公式为
，f 为正弦信号频率，其值为1kHz 。交流电路下C1的容抗值Xc1=16Ω，C2的电阻值为Xc3=340kΩ，rbe=3kΩ；
输入电阻Ri==R1//R2//rbe+Xc1=2.38kΩ；
输出电阻Ro==2kΩ。
2.2 放大器的增益
增益为G=
β范围144-202，Au 范围95-134计算放大倍数，输入信号
表1：检测功能故障分析表
C1开路9013三极管电路无输入，输出直流量，经过后端隔直
处理后无输出
C2开路电路增益降低，有正弦波， 9013三极管电路输出量
仅为100mv
C3开路有正弦波， 9013三极管电路输出量约为6.3V
R3短路12V 直流量
R4短路几乎为O ，30Mv 直流
无交流信号R2短路12V 直流
100mVpp 交流量 （疑似噪声）
R1短路11.24V 直流
R1断路12VDC 输出2V 时5.6Vpp R2断路10mVpp 时 6.27V 直流改变输出 500mVpp 时方波 峰峰：9.8V ，平均：8.8V R3断路OV , 改变输出500mVpp 时140Mv
削顶波 1kHz 左右
R4断路
12V 直流
图1：系统整体模块图
图2：系统整体框图
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Ui=20mVpp，输出信号Uo=2.44Vpp。Au=Uo/Ui=122，模拟结果在理论计算的范围内。
2.3 检测故障功能实现
首先分析电路各元件状态改变时电路参数对应产生的变化：
由表1可知，在电路中电阻，电容状态发生改变时，电路中特定的物理参数会发生相应的改变，而这些变化是唯一的、互不相同的，基于此种现象，我们可以加以利用作为判断的依据，因此我们在程序中使用了大量的IF条件函数，对于电路中发生的变化进行检测并设定相应的阈值，设定数据相对于阈值的变化也相应地进行判断，并且根据判断的结果产生相应的字符显示到OLED屏幕上直观的反映出来。
3 电路与程序设计
3.1 PWM/ADC切换模块
通过单片机的一个io口控制三极管9013的通路情况操作继电器控制PWM和DAC的输出切换。
3.2 射随模块（100：10缩小）
射极跟随器将交流电流放大，提高整个放大电路的带负载能力，减少电路间直接相连所带来的影响，起缓冲作用。此外，为缩小输入信号的幅值采用分压的方式减小输入信号幅值。
3.3 待测三极管放大电路
3.4 输出阻抗测量模块
通过单片机的一个io口控制三极管9013的通路情况实现2k 电阻是否连入电路中，从而利用分压的方式测量输出电阻。
3.5 射随模块（100：33）
射极跟随器将交流电流放大，提高整个放大电路的带负载能力，减少电路间直接相连所带来的影响，起缓冲作用。此外，为测量输出电压采用分压的方式减小电压。
3.6 输出电压测量模块
利用二极管峰值检测测量峰峰值，利用滤波器测量平均值，从而计算出输出电压。
3.7 软件设计流程图
如图3。
3.8 程序功能描述与设计思路
（1）通过STM32F407开发板设计程序，实现被测电路的输入输出以及增益和频率特性的测量。
1.按键实现输入输出阻抗和增益，扫频功能，清零复位功能。
2.显示部分，通过液晶显示屏显示出测量值以及频率特性曲线。
（2）程序设计思路。输入输出阻抗部分通过电路测量被测电路的电压电流最终在液晶屏上显示出测量值，频率特性曲线通过扫频来确定。
4 系统测试
4.1 测试仪器及测试方法
4.1.1 测试仪器
电源、示波器、信号发生器。
4.1.2 测试方法
（1）输入、输出电阻测量。测试方法：用示波器测量出放大器电路输入和输出端对地的电压值，再测出输入输出端串联电阻两端的电压，通过欧姆定律计算出输入和输出端的电流值。再通过欧姆定律求得输入、输出电阻。
（2）放大器增益测量。测试方法：将放大器模块单独拿出，输入端接信号发生器，输出端接示波器。令信号源发出频率为1kHz、幅度范围为0-130kHz的正弦波。观察示波器信号放大后幅值大小。放大器增益Au=Uo/Ui。
（3）幅频特性曲线测试。测试方法：放大器输入端接信号发生器，输出端接示波器。手动调节正弦信号的输出频率，使其从大到小变化。观察示波器上信号幅值的变化，记录一组数据（幅频特性），画出幅频特性曲线。
4.2 误差分析
在测试过程中，发现有许多处地方存在误差。主要有：
（1）在电路连接过程中，电路显示不稳定，存在着波形失真、不稳定等情况，测试存在着误差。
（2）单片机读取数值本身存在着误差，需要对单片机的数值进行校准，单片机测试次数过少也会使得测量存在不稳定性。
（3）连接电路方式多性，测试存在很强的不稳定性，各处不同的连接可能会引起短路、断路等问题，使测量出现错误。
（4）模块在刚开始搭建过程中，未加高低通滤波器，使得测量值存在各种谐波分量，测试结果存在很大误差。
（5）DDS在产生信号过程中，并非一直稳定，产生不稳定的信号将使得后期测量的结果不稳定。
（6）不同的示波器存在着不同的内阻，且老式示波器无法调节阻抗，部分时候会使得测量得到的信号不能得到完整的测量。
5 结论
通过合理设置电路参数，作品可以较好的实现对输入，输出量的采集，并且可以通过变频等方式检测电路参数变化情况，解决题目要求首先需要对三级管电路的原理进行精确分析，构建其参数方程，通过采样数据求得未知量，还需要充分考虑AD采样的范围需求，对信号中的交直流量进行合理调整，还要注意对正弦信号的采样位置，尽量避免幅值采样中负电平对采样数据的干扰。
参考文献
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作者简介
靳涛（1999-），男，山西省人。哈尔滨工程大学本科在读。
图3：软件设计流程图
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