一种无源接地电阻测量仪
阅读说明：本技术 一种无源接地电阻测量仪 (Passive ground resistance measuring apparatu ) 是由 齐兴华 李睿 向旻 安然 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无源接地电阻测量仪,包括呈长方体状的壳体,壳体的一面上设置有USB接口、第一开关和显示屏,壳体的另一面上设置有第二开关,壳体的一面和另一面相邻,壳体一面和另一面的同一相邻面上设置有第一测量线、第二测量线和第三测量线；壳体内部设置有电池,其用于为无源接地电阻测量仪供电；本发明构建的电路工作电压低,使用安全性较高,无任何触电风险。本发明结构简单,且采用的电子元器件均为常见的电子元器件,成本较低,便于应用推广,具备较广的应用前景。本发明耗电量小,节能省电,操作简单,可长时间使用,避免了测量中因操作不准确所带来的测量误差。(The invention discloses a passive grounding resistance measuring instrument, which comprises a cuboid-shaped shell, wherein one surface of the shell is provided with a USB interface, a first switch and a display screen, the other surface of the shell is provided with a second switch, one surface of the shell is adjacent to the other surface of the shell, and the same adjacent surface of one surface of the shell and the other surface of the shell is provided with a first measuring line, a second measuring line and a third measuring line; a battery is arranged in the shell and used for supplying power to the passive grounding resistance measuring instrument; the circuit constructed by the invention has low working voltage, higher use safety and no electric shock risk. The invention has simple structure, adopts common electronic components, has lower cost, is convenient for application and popularization and has wider application prospect. The invention has the advantages of low power consumption, energy and power saving, simple operation and long-time use, and avoids the measurement error caused by inaccurate operation in measurement.)
技术领域
本发明属于电子技术领域，具体涉及一种无源接地电阻测量仪。
背景技术
接地电阻是用来衡量接地状态是否良好的一个重要参数，是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻，它包括接地线和接地体本身的电阻、接地体与大地的电阻之间的接触电阻，以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限远处的大地电阻。接地电阻大小直接体现了电气装置与“地”接触的良好程度，也反映了接地网的规模。但是现有接地电阻测量技术中，存在以下缺点：
1.需人力做功发电，费力费时，增加劳动成本。
2.手动发电，无法很好的控制摇动速度，频率，稳定性差。
3.发射电压较高，实际测量达90V以上，有施工安全隐患，有造成人身伤害的风险。
4.不仅测量系统需要供电，还需要电池向大地供电，能耗较高，不利于长期工作。
5.在外作业时需带备用电源，时刻注意电源电压，及时更换。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种无源接地电阻测量仪解决了现有技术中存在的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种无源接地电阻测量仪，包括呈长方体状的壳体，所述壳体的一面上设置有USB接口、第一开关和显示屏，所述壳体的另一面上设置有第二开关，所述壳体的一面和另一面相邻，所述壳体一面和另一面的同一相邻面上设置有第一测量线、第二测量线和第三测量线；所述壳体内部设置有电池，其用于为无源接地电阻测量仪供电；
所述无源接地电阻测量仪还包括控制电路、显示电路、电源电路、下载电路、电压电流检测电路、检测供电电路和测量电路；
所述电源电路分别与显示电路、下载电路、电压电流检测电路、检测供电电路和测量电路连接，所述控制电路分别与显示电路、下载电路、电压电流检测电路和测量电路连接，所述电压电流检测电路分别与检测供电电路和测量电路连接。
进一步地，所述控制电路包括型号为STC8A8K64S4A12_LQFP64的控制芯片U1，所述控制芯片U1的GND引脚接地。
进一步地，所述显示电路包括型号为ZJY096S0700WG01的显示屏OLED1，所述显示屏OLED1的GND引脚接地，所述显示屏OLED1的VCC引脚与电源电路中开关S4的一端连接，所述显示屏OLED1的D0引脚、D1引脚、RES引脚、DC引脚和CS引脚分别与控制芯片U1的P1.2-P1.6引脚一一对应连接。
进一步地，所述电源电路包括接线端子JP1，所述接线端子JP1的第1引脚分别与5V电池的正极和开关S4的另一端连接，所述接线端子JP1的第2引脚与5V电池的负极连接且接地；所述开关S4的一端通过电阻R2与发光二极管D1的正极连接，所述发光二极管D1的负极接地。
进一步地，所述下载电路包括USB接口J1、型号为STC15F104E的单片机U2和型号为CH340G的转接芯片U3；
所述USB接口J1的第1引脚与开关S4的一端连接，所述USB接口J1的第2引脚与转接芯片U3的D-引脚连接，所述USB接口J1的第5引脚接地，所述单片机U2的P3.2引脚与开关S2的一端连接，所述开关S2的另一端接地，所述单片机U2的P3.3引脚与控制芯片U1的RXD引脚连接，所述单片机U2的GND引脚接地，所述单片机U2的VCC引脚分别与接地电容C1、接地电容C2和开关S4的一端连接，所述单片机U2的P3.4引脚通过电阻R4与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的发射极与开关S4的一端连接，所述三极管Q1的集电极与控制芯片U1的VCC引脚连接；
所述转接芯片U3的VCC引脚与开关S4的一端连接，所述转接芯片U3的XO引脚分别与接地电容C4和晶振Y1的一端连接，所述转接芯片U3的XI引脚分别与接地电容C3和晶振Y1的另一端连接，所述转接芯片U3的V3引脚与接地电容C5连接，所述转接芯片U3的RXD引脚通过电阻R5与控制芯片U1的TXD引脚连接，所述转接芯片U3的TXD引脚与二极管D2的负极连接，所述二极管D2的正极与控制芯片U1的RXD引脚连接，所述转接芯片U3的GND引脚接地。
进一步地，所述电压电流检测电路包括开关S1、型号为AD620的电流检测芯片U4和型号为ADS1256的电压检测芯片U5；
所述开关S1的一端接地，所述开关S1的另一端通过电阻R1与控制芯片的P1.7引脚连接，所述电流检测芯片U4的S+引脚分别与电压检测芯片U5的AIN0引脚和大地电场的正极连接，所述电流检测芯片U4的S-引脚分别与电阻R3的一端和滑动电阻RP1的第一不动端连接，所述电流检测芯片U4的VO+引脚与电压检测芯片U5的AIN2引脚连接，所述电流检测芯片U4的VO-引脚与电压检测芯片U5的AIN3引脚连接，所述电流检测芯片U4的GND引脚与检测供电电路中接线端子JP2的第2引脚连接，所述电流检测芯片U4的V+引脚与检测供电电路中接线端子JP2的第3引脚连接，所述电流检测芯片U4的V-引脚与检测供电电路中接线端子JP2的第1引脚连接；
所述电压检测芯片U5的5V引脚与开关S4的一端连接，所述电压检测芯片U5的GND引脚接地，所述电压检测芯片U5的SCLK引脚、DIN引脚、DOUT引脚、DRDY引脚和CS引脚分别与控制芯片U1的P2.0-P2.4引脚一一对应连接，所述电压检测芯片U5的AIN1引脚分别与大地电场的负极、电阻R3的另一端和开关S3的一端连接，所述开关S3的另一端分别与滑动电阻RP1的滑动端和第二不动端连接。
进一步地，所述检测供电电路包括接线端子JP2和型号为XL6009的稳压芯片U8，所述接线端子JP2的第1引脚分别与电容C7的一端、极性电容E3的负极和电阻R9的一端，所述接线端子JP2的第2引脚分别与极性电容E3的正极和极性电容E1的负极连接，所述接线端子JP2的第3引脚分别与电容C6的一端、极性电容E1的正极、电阻R6的一端和24V电源连接，所述电容C6的另一端和电容C7的另一端连接，所述电阻R6的另一端分别与型号为TDA2030的芯片IC1的正向输入端、极性电容E2的负极和电阻R9的另一端连接，所述极性电容E2的正极与电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端分别与芯片IC1的反相输入端和接地电阻R8连接，所述芯片IC1的第5引脚与24V电源连接，所述芯片IC1的第3引脚接地，所述芯片IC1的输出端接地；
所述稳压芯片U8的VIN引脚分别与开关S4的一端、二极管D4的正极、极性电容C9的正极、接地电容C11和带铁芯的电感T2的一端连接，所述稳压芯片U8的SW引脚分别与电感T2的另一端和电容C8的一端连接，所述稳压芯片U8的FB引脚分别与接地电阻R12和电阻R13的一端连接，所述电容C8的另一端分别与带铁芯的电感T1的一端和二极管D3的正极连接，所述二极管D3的负极分别与电阻R13的另一端、极性电容C10的正极、接地电容C12和带铁芯的电感T3的一端连接，所述电感T3的另一端与接地电容C13连接，所述电感T1的另一端、二极管D4的正极、极性电容C9的负极、稳压芯片U8的GND引脚和极性电容C10的负极均接地。
进一步地，所述测量电路包括接线端子JP3，所述接线端子JP3的第1引脚接地且与5V工作电压的5脚继电器U7的常闭触点连接，所述接线端子JP3的第2引脚分别与5V工作电压的5脚继电器U6的常闭触点和继电器U7的常开触点连接，所述接线端子JP3的第3引脚与继电器U6的常开触点连接，所述继电器U6的开关端与电压检测芯片U5的AIN1引脚连接，所述继电器U6中线圈的一端接地，所述继电器U6中线圈的另一端与NPN型三极管Q2的发射极连接，所述三极管Q2的基极通过电阻R10与控制芯片U1的P0.1引脚连接，所述三极管Q2的集电极与开关S4的一端连接，所述继电器U7的开关端与电压检测芯片U5的AIN0引脚，所述继电器U7中线圈的一端接地，所述继电器U7中线圈的另一端与NPN型三极管Q3的发射极连接，所述三极管Q3的基极通过电阻R11与控制芯片U1的P0.0引脚连接，所述三极管Q3的集电极与开关S4的一端连接。
进一步地，所述USB接口J1作为USB接口，所述显示屏OLED1作为显示屏，所述开关S3作为第一开关，所述开关S4作为第二开关，所述接线端子JP3的第1引脚引出第一测量线，所述接线端子JP3的第2引脚引出第二测量线，所述接线端子JP3的第3引脚引出第三测量线。
本发明的有益效果为：
(1)本发明构建的电路工作电压低，使用安全性较高，无任何触电风险。
(2)本发明结构简单，且采用的电子元器件均为常见的电子元器件，成本较低，便于应用推广，具备较广的应用前景。
(3)本发明操作简单，使用难度低，避免了测量中因操作不准确所带来的测量误差。
(4)本发明的耗电量小，节能省电，可长时间使用。
(5)本发明采用的电子器件体积均较小，能够以较小的壳体装载电路，便于携带，可移动性大幅度提升。
附图说明
图1为本发明提出的一种无源接地电阻测量仪结构示意图；
图2为本发明中控制电路图；
图3为本发明中显示电路图；
图4为本发明中电源电路图；
图5为本发明中下载电路图；
图6为本发明中电压电流检测电路图；
图7为本发明中检测供电电路图；
图8为本发明中测量电路图；
其中：1-USB接口、2第一开关、3显示屏、4第三测量线、5第二测量线、6-第一测量线、7-电池、8-第二开关。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
下面结合附图详细说明本发明的实施例。
如图1所示，一种无源接地电阻测量仪，包括呈长方体状的壳体，壳体的一面上设置有USB接口1、第一开关2和显示屏3，壳体的另一面上设置有第二开关8，壳体的一面和另一面相邻，壳体一面和另一面的同一相邻面上设置有第一测量线6、第二测量线5和第三测量线4；壳体内部设置有电池7，其用于为无源接地电阻测量仪供电。
无源接地电阻测量仪还包括控制电路、显示电路、电源电路、下载电路、电压电流检测电路、检测供电电路和测量电路；电源电路分别与显示电路、下载电路、电压电流检测电路、检测供电电路和测量电路连接，控制电路分别与显示电路、下载电路、电压电流检测电路和测量电路连接，电压电流检测电路分别与检测供电电路和测量电路连接。
如图2所示，控制电路包括型号为STC8A8K64S4A12_LQFP64的控制芯片U1，控制芯片U1的GND引脚接地。
如图3所示，显示电路包括型号为ZJY096S0700WG01的显示屏OLED1，显示屏OLED1的GND引脚接地，显示屏OLED1的VCC引脚与电源电路中开关S4的一端连接，显示屏OLED1的D0引脚、D1引脚、RES引脚、DC引脚和CS引脚分别与控制芯片U1的P1.2-P1.6引脚一一对应连接。
如图4所示，电源电路包括接线端子JP1，接线端子JP1的第1引脚分别与5V电池的正极和开关S4的另一端连接，接线端子JP1的第2引脚与5V电池的负极连接且接地；开关S4的一端通过电阻R2与发光二极管D1的正极连接，发光二极管D1的负极接地。
如图5所示，下载电路包括USB接口J1、型号为STC15F104E的单片机U2和型号为CH340G的转接芯片U3；
USB接口J1的第1引脚与开关S4的一端连接，USB接口J1的第2引脚与转接芯片U3的D-引脚连接，USB接口J1的第5引脚接地，单片机U2的P3.2引脚与开关S2的一端连接，开关S2的另一端接地，单片机U2的P3.3引脚与控制芯片U1的RXD引脚连接，单片机U2的GND引脚接地，单片机U2的VCC引脚分别与接地电容C1、接地电容C2和开关S4的一端连接，单片机U2的P3.4引脚通过电阻R4与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与开关S4的一端连接，三极管Q1的集电极与控制芯片U1的VCC引脚连接。
转接芯片U3的VCC引脚与开关S4的一端连接，转接芯片U3的XO引脚分别与接地电容C4和晶振Y1的一端连接，转接芯片U3的XI引脚分别与接地电容C3和晶振Y1的另一端连接，转接芯片U3的V3引脚与接地电容C5连接，转接芯片U3的RXD引脚通过电阻R5与控制芯片U1的TXD引脚连接，转接芯片U3的TXD引脚与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与控制芯片U1的RXD引脚连接，转接芯片U3的GND引脚接地。
如图6所示，电压电流检测电路包括开关S1、型号为AD620的电流检测芯片U4和型号为ADS1256的电压检测芯片U5；开关S1的一端接地，开关S1的另一端通过电阻R1与控制芯片的P1.7引脚连接，电流检测芯片U4的S+引脚分别与电压检测芯片U5的AIN0引脚和大地电场的正极连接，电流检测芯片U4的S-引脚分别与电阻R3的一端和滑动电阻RP1的第一不动端连接，电流检测芯片U4的VO+引脚与电压检测芯片U5的AIN2引脚连接，电流检测芯片U4的VO-引脚与电压检测芯片U5的AIN3引脚连接，电流检测芯片U4的GND引脚与检测供电电路中接线端子JP2的第2引脚连接，电流检测芯片U4的V+引脚与检测供电电路中接线端子JP2的第3引脚连接，电流检测芯片U4的V-引脚与检测供电电路中接线端子JP2的第1引脚连接。
电压检测芯片U5的5V引脚与开关S4的一端连接，电压检测芯片U5的GND引脚接地，电压检测芯片U5的SCLK引脚、DIN引脚、DOUT引脚、DRDY引脚和CS引脚分别与控制芯片U1的P2.0-P2.4引脚一一对应连接，电压检测芯片U5的AIN1引脚分别与大地电场的负极、电阻R3的另一端和开关S3的一端连接，开关S3的另一端分别与滑动电阻RP1的滑动端和第二不动端连接。
如图7所示，检测供电电路包括接线端子JP2和型号为XL6009的稳压芯片U8，接线端子JP2的第1引脚分别与电容C7的一端、极性电容E3的负极和电阻R9的一端，接线端子JP2的第2引脚分别与极性电容E3的正极和极性电容E1的负极连接，接线端子JP2的第3引脚分别与电容C6的一端、极性电容E1的正极、电阻R6的一端和24V电源连接，电容C6的另一端和电容C7的另一端连接，电阻R6的另一端分别与型号为TDA2030的芯片IC1的正向输入端、极性电容E2的负极和电阻R9的另一端连接，极性电容E2的正极与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端分别与芯片IC1的反相输入端和接地电阻R8连接，芯片IC1的第5引脚与24V电源连接，芯片IC1的第3引脚接地，芯片IC1的输出端接地。
稳压芯片U8的VIN引脚分别与开关S4的一端、二极管D4的正极、极性电容C9的正极、接地电容C11和带铁芯的电感T2的一端连接，稳压芯片U8的SW引脚分别与电感T2的另一端和电容C8的一端连接，稳压芯片U8的FB引脚分别与接地电阻R12和电阻R13的一端连接，电容C8的另一端分别与带铁芯的电感T1的一端和二极管D3的正极连接，二极管D3的负极分别与电阻R13的另一端、极性电容C10的正极、接地电容C12和带铁芯的电感T3的一端连接，电感T3的另一端与接地电容C13连接，电感T1的另一端、二极管D4的正极、极性电容C9的负极、稳压芯片U8的GND引脚和极性电容C10的负极均接地。
如图8所示，测量电路包括接线端子JP3，接线端子JP3的第1引脚接地且与5V工作电压的5脚继电器U7的常闭触点连接，接线端子JP3的第2引脚分别与5V工作电压的5脚继电器U6的常闭触点和继电器U7的常开触点连接，接线端子JP3的第3引脚与继电器U6的常开触点连接，继电器U6的开关端与电压检测芯片U5的AIN1引脚连接，继电器U6中线圈的一端接地，继电器U6中线圈的另一端与NPN型三极管Q2的发射极连接，三极管Q2的基极通过电阻R10与控制芯片U1的P0.1引脚连接，三极管Q2的集电极与开关S4的一端连接，继电器U7的开关端与电压检测芯片U5的AIN0引脚，继电器U7中线圈的一端接地，继电器U7中线圈的另一端与NPN型三极管Q3的发射极连接，三极管Q3的基极通过电阻R11与控制芯片U1的P0.0引脚连接，三极管Q3的集电极与开关S4的一端连接。
USB接口J1作为USB接口1，显示屏OLED1作为显示屏3，开关S3作为第一开关2，开关S4作为第二开关8，接线端子JP3的第1引脚引出第一测量线6，接线端子JP3的第2引脚引出第二测量线5，接线端子JP3的第3引脚引出第三测量线4。
本发明将三个电极(E、P、C)插入地下，但无需通电，直接测量电极E和电极P，电极P和电极C以及电极E和电极C之间的自然电压和电流，即可算出接地电极EP、PC、EC之间的电阻，由于电极之间是串联的，所以用(REP+REC-RPC)/2即可算出接地电阻。
本发明的工作原理为：
第一步、将测量线1与待测接地端进行连接，此时待测接地端即为E电极。
第二步、将P电极楔入距离E电极5-10米处并和测量线2相连。
第三步、沿着EP两电极的方向在局里P电极5-10米处楔入C电极并将其与测量线3相连。
第四步、打开开关S4，此时OLED1显示屏上显示测量线1处的接地电阻值。
第五步、打开开关S3，调动滑动变阻器RP1到任意值后，再次测量接地电阻值，此时如果没有听到继电器开合的声音时，即接地电阻值测量完毕。
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