《可编程固定阻值电子负载的制作与自动化标定技术》

一、硬件组成

自制可编程固定电阻电子负载主要由三大核心部件构成：开关电源、串口 232 型 RTU 继电器模块以及 30W 的 RX24 黄金铝壳线绕功率电阻。当前的关键步骤是将这些部件通过焊线进行精准连接，随后将其整体封装于合适的壳体之中，并妥善布置对外接口。在电阻的梯度设计方面，采用的是 2^n 的模式，其中 n = 8，单位为欧姆。

▲ 图1 RTU继电器

▲ 图2 30W功率电阻

▲ 图3 实物

二、电器连接说明

在阻值与 RTU 继电器模块的分配策略上，采用的设计是：继电器的 IO 号与上述电阻梯度分配公式 2^n 中的 n 相等，即 IO1 对应的阻值为 n=1，也就是 2Ω，其余依次类推。此外，所有电阻的另一端均统一连接至继电器的公共端。通过这样的连接方式，既能实现单路选定固定阻值电阻，又能通过多路并联实现阻值的插补。虽然在当前项目中并不需要这种插补功能，但考虑到未来在其他方面的潜在应用需求，此处将其作为冗余设计予以保留。

▲ 图4 实物接线图

三、标定阻值

本阶段工作基于DM3068型数字万用表电阻档，系统标定了电子负载的阻值分布特性，并运用指数函数实现数据拟合。经分析验证，实测关键参数与设计技术规范具有良好的一致性，项目既定目标已达成。下一步计划开展整机集成与外壳封装工艺实施。。

▲ 图5 阻值与IO

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iodim=[1.0000,2.0000,3.0000,4.0000,5.0000,6.0000,7.0000,8.0000]
rdim=[2.3859,4.3510,8.3744,16.4076,32.2679,64.5908,128.2762,257.1318]

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#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST1.PY                     -- by Dr. BaiChao 2025-12-15
#
# Note:
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from headm import *
from tsmodule.tsvisa        import *
import serial
from _ast import Or
from serial.serialutil import SerialException

dm3068open(4)
#------------------------------------------------------------
vi = serial.Serial()
vi.baudrate = 9600
vi.timeout = 1
try:
    vi.port = 'COM8'
except:
    printf('Set vi port COM8 error. ')
try:
    vi.open()
except serial.serialutil.SerialException:
    printf('Open vi port COM8 error.')
else:
    printf('Open vi port COM8 Ok.')
#------------------------------------------------------------
# 继电器控制指令字典
RELAY_COMMANDS = {
    # 第1路
    '1on': b'\x01\x05\x00\x00\xFF\x00\x8C\x3A',
    '1off': b'\x01\x05\x00\x00\x00\x00\xCD\xCA',
    # 第2路
    '2on': b'\x01\x05\x00\x01\xFF\x00\xDD\xFA',
    '2off': b'\x01\x05\x00\x01\x00\x00\x9C\x0A',
    # 第3路
    '3on': b'\x01\x05\x00\x02\xFF\x00\x2D\xFA',
    '3off': b'\x01\x05\x00\x02\x00\x00\x6C\x0A',
    # 第4路
    '4on': b'\x01\x05\x00\x03\xFF\x00\x7C\x3A',
    '4off': b'\x01\x05\x00\x03\x00\x00\x3D\xCA',
    # 第5路
    '5on': b'\x01\x05\x00\x04\xFF\x00\xCD\xFB',
    '5off': b'\x01\x05\x00\x04\x00\x00\x8C\x0B',
    # 第6路
    '6on': b'\x01\x05\x00\x05\xFF\x00\x9C\x3B',
    '6off': b'\x01\x05\x00\x05\x00\x00\xDD\xCB',
    # 第7路
    '7on': b'\x01\x05\x00\x06\xFF\x00\x6C\x3B',
    '7off': b'\x01\x05\x00\x06\x00\x00\x2D\xCB',
    # 第8路
    '8on': b'\x01\x05\x00\x07\xFF\x00\x3D\xFB',
    '8off': b'\x01\x05\x00\x07\x00\x00\x7C\x0B'
}

def set_io(c):
    """
    控制继电器开关状态
    参数c: 继电器控制指令，如'1on', '2off'等
    """
    if c in RELAY_COMMANDS:
        vi.write(RELAY_COMMANDS[c])
        printf(f"执行指令: {c}")
    else:
        printf(f"无效指令: {c}")

#------------------------------------------------------------
iodim = arange(1, 9)
rdim = []
for i in iodim:
    set_io(f"{int(i)}on")
    time.sleep(5)
    r = dm3068res()
    rdim.append(r)
    tspsave("measure", iodim=iodim, rdim=rdim)
    printf(i, r)
    set_io(f"{int(i)}off")
    time.sleep(5)
plt.plot(iodim, rdim, lw=3)
plt.xlabel("Set(IO)", color="steelblue", fontsize=24)
plt.ylabel("Measure(Ω)", color="steelblue", fontsize=24)
plt.grid(True, which='both', linestyle='--', alpha=0.7)
plt.tight_layout()
plt.show()
#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST1.PY
#============================================================

▲ 图6 数据拟合

▲ 图7 指数函数拟合误差

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#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
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# TEST2.PY                     -- by Dr. BaiChao 2025-12-16
#
# Note:
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from headm import *
from scipy.optimize import curve_fit


#------------------------------------------------------------
iodim,rdim =tspload('measure', 'iodim', 'rdim')
printf(iodim, rdim)
#------------------------------------------------------------
def power_of_two(n):
    return 2**n
#------------------------------------------------------------
rfit = power_of_two(iodim)
errr = rfit - rdim
#------------------------------------------------------------
# plt.plot(iodim, rdim, lw=3, label="Measure")
# plt.plot(iodim, rfit, lw=3, label="Fit")
plt.plot(iodim, errr, lw=3, label="Error")
plt.xlabel("Set(IO)", color="steelblue", fontsize=24)
# plt.ylabel("Measure(R)", color="steelblue", fontsize=24)
plt.ylabel("Error", color="steelblue", fontsize=24)
plt.grid(True, which='both', linestyle='--', alpha=0.7)
plt.tight_layout()
plt.show()



#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST2.PY
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总结

本文详细记录了可编程固定阻值电子负载的核心零部件及其制作过程。通过DM3068型数字万用表的电阻档功能，并借助Python脚本程序，实现了电子负载阻值分布特性的自动化标定。进一步利用指数函数对数据进行拟合。经过严谨的分析与验证，项目既定目标已成功达成。