專利名稱：一種繼電器快速自動(dòng)測試儀的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及繼電器快速自動(dòng)測試儀。
二背景技術(shù)：
電磁繼電器和延時(shí)電磁繼電器廣泛應(yīng)用于各種儀器及設(shè)備，如汽車、火車、地鐵、以及各種工業(yè)生產(chǎn)和控制設(shè)備，繼電器測試儀用于繼電器生產(chǎn)廠的出廠檢驗(yàn)和產(chǎn)品質(zhì)量控制，以及各類修理廠對(duì)各種設(shè)備上繼電器的檢修。目前各類修理廠及繼電器生產(chǎn)廠對(duì)電磁繼電器大多采用手動(dòng)測試，存在測試效率低、測試精度低和測試參數(shù)不全等缺點(diǎn)。
目前市場上也存在多種繼電器自動(dòng)測試儀，但一般繼電器自動(dòng)測試儀只能對(duì)部分電磁繼電器進(jìn)行測試，存在測試范圍窄，自動(dòng)化程度差，可靠性較差等特點(diǎn)。繼電器測試儀常用于繼電器生產(chǎn)廠的出廠檢驗(yàn)和產(chǎn)品質(zhì)量控制，以及各類修理廠對(duì)各種設(shè)備上繼電器的檢修。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的是提供一種以89C51單片機(jī)為核心的以微機(jī)為上位機(jī)的繼電器快速自動(dòng)測試儀，整個(gè)儀器由微機(jī)控制，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)各種普通電磁繼電器(直流或交流)和延時(shí)電磁繼電器(直流或交流)的觸點(diǎn)接觸電阻測量(分辨率1m歐，量程0～1歐)、觸點(diǎn)響應(yīng)時(shí)間測量(普通繼電器分辨率1mS，量程0～2秒。延時(shí)繼電器分辨率0.1S，量程0～200秒)、觸點(diǎn)類型測量(常開或常閉)、觸點(diǎn)吸合次序測量和觸點(diǎn)吸合釋放電壓測量，最多可同時(shí)測量15對(duì)繼電器觸點(diǎn)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷、存儲(chǔ)、顯示、打印和管理。
繼電器快速自動(dòng)測試儀，由微處理器、多通道隔離放大模塊、勵(lì)磁電源及控制電路、測試電源及控制電路，電源電壓過零同步信號(hào)攝取電路組成，隔離放大模塊，采用隔離放大芯片AD202J，連接繼電器觸點(diǎn)的測量輸入通道，且其中一路為電壓取樣采集通道，所采集的電壓為提供觸點(diǎn)電流的觸點(diǎn)接觸電阻測試電源，測試?yán)^電器觸點(diǎn)接觸電阻的同時(shí)采集此電壓，然后連接微處理器輸入端，提供電磁繼電器線圈的勵(lì)磁電源有直流和交流，交直流勵(lì)磁電源和測試電源的加電和斷開由微處理器的I/O口經(jīng)光電耦合驅(qū)動(dòng)交流或直流固態(tài)繼電器。同時(shí)設(shè)有電源電壓過零同步信號(hào)攝取電路，同步攝取電路從電網(wǎng)電壓的交流取出其過零時(shí)刻的同步電壓信號(hào)，它是由變壓器次級(jí)引出交流電壓，經(jīng)電阻限流和穩(wěn)壓二機(jī)管嵌位，送至運(yùn)算放大器的輸入端。運(yùn)放電路是開環(huán)電路，其輸出為正飽和值與負(fù)飽和值之間，其輸出接二極管，箝掉負(fù)向脈沖，再連接光電耦合輸入到單片機(jī)的外部中斷口。
本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)是采用AD202J隔離放大芯片，可以消除通道之間的相互影響。如圖3、4所示。圖3所示為非隔離式放大器，圖示中虛線所示引線上的電壓將影響檢測結(jié)果。圖4為本測試儀隔離式放大器的接法，是四引線法測量觸點(diǎn)接觸電阻，隔離放大器的使用還可以有效隔離被測信號(hào)端的干擾，保證CPU的正常工作。
儀器特點(diǎn)1、測量觸點(diǎn)響應(yīng)時(shí)間采用0.24V低壓小電流(最大10mA)，避免在測試過程中損壞繼電器觸點(diǎn)。2、測試通道和系統(tǒng)采用全隔離設(shè)計(jì)，避免測試線接錯(cuò)情況下?lián)p壞系統(tǒng)。3、系統(tǒng)采用雙看門狗技術(shù)(單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部看門狗和上位機(jī)對(duì)下位機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)復(fù)位)，大大提高系統(tǒng)可靠性。4、測試速度快，30秒鐘完成一個(gè)繼電器的所有參數(shù)測試。
由本方案技術(shù)設(shè)計(jì)的繼電器快速自動(dòng)測試儀，通過實(shí)際使用有下列優(yōu)點(diǎn)制作成本低、使用方便、測試速度快、測試精度高、儀器可靠性高、對(duì)被測繼電器無任何損害，大大提高了繼電器測試生產(chǎn)效率。繼電器快速自動(dòng)測試儀由微機(jī)控制，可對(duì)各種普通電磁繼電器(直流或交流)和延時(shí)電磁繼電器(直流或交流)的觸點(diǎn)接觸電阻測量(分辨率1m歐，量程0～1歐)、觸點(diǎn)響應(yīng)時(shí)間測量(普通繼電器分辨率1mS，量程0～2秒。延時(shí)繼電器分辨率0.1S，量程0～200秒)、觸點(diǎn)類型測量(常開或常閉)、觸點(diǎn)吸合次序測量和觸點(diǎn)吸合釋放電壓測量，最多可同時(shí)測量15對(duì)繼電器觸點(diǎn)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷、存儲(chǔ)、顯示、打印和管理。
四

圖1為本實(shí)用新型繼電器測試儀的系統(tǒng)框圖圖2為WatchDog電路框圖圖3為非隔離式放大器圖4為本測試儀隔離式放大器的接法圖5a同步信號(hào)用以確定交流勵(lì)磁電壓施加的時(shí)刻。
圖5b為同一交流繼電器在不同時(shí)間施加交流勵(lì)磁的波形圖6為A/D轉(zhuǎn)換電路圖圖7為隔離放大電路圖五具體實(shí)施方式
系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)系統(tǒng)組成。上位機(jī)的應(yīng)用軟件負(fù)責(zé)對(duì)被測數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷、存儲(chǔ)、顯示、打印和管理。上位機(jī)與下位機(jī)通信方式為RS232C串行通信。下位機(jī)主要由89C51單片機(jī)、16通道隔離放大模塊、勵(lì)磁電源及控制模塊、測試電源及控制模塊，電源電壓過零同步信號(hào)攝取電路組成。
1、單片機(jī)系統(tǒng)
1.1、存儲(chǔ)器本系統(tǒng)選用89C51單片機(jī)，它內(nèi)部有4K字節(jié)flashROM、256byte RAM。選用電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM 24C01A作輔助存儲(chǔ)器，用以保存矯正參數(shù)，它能在應(yīng)用系統(tǒng)中進(jìn)行在線改寫，并能在斷電情況下保存數(shù)據(jù)而不需備用電源，另外，它為串行讀寫方式，只占用單片機(jī)2個(gè)I/O口。系統(tǒng)選用6264作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
1.2、串行通信電路89C51和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通信采用RS-232C串行通信，選用MAX202接口芯片，其外圍電路簡單，無需另加電源。
1.3、模擬開關(guān)及A/D芯片的選擇為達(dá)到設(shè)計(jì)要求，模擬開關(guān)選用性能較好16通道CMOS模擬多路轉(zhuǎn)換器AD7506。A/D選用12bit逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器AD1674，它內(nèi)含采樣保持器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為10uS。1674接成雙極性轉(zhuǎn)換方式，因?yàn)锳D1674工作在單一工作模式發(fā)出轉(zhuǎn)換命令準(zhǔn)確、捕捉誤差很小、不需擴(kuò)充數(shù)據(jù)總線，12位數(shù)據(jù)分兩次讀出，所以將AD1674設(shè)定在單一的工作模式。
1、4WatchDog設(shè)計(jì)中還采用555振蕩電路及74LS123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，構(gòu)成了一個(gè)簡易的看門狗電路，使系統(tǒng)具有自恢復(fù)功能。即使系統(tǒng)受到干擾后程序跑飛，看門狗電路可使單片機(jī)復(fù)位，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)。也可使用單片看門狗電路MA813L。
1、5系統(tǒng)WatchDog本實(shí)用新型為了在單片機(jī)系統(tǒng)“死機(jī)”的情況下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自救，利用計(jì)算機(jī)串行通信口制作了一個(gè)系統(tǒng)WatchDog，如圖因?yàn)楸鞠到y(tǒng)串行通訊只使用了接收、發(fā)送、地線三根線，計(jì)算機(jī)端的請求發(fā)送和允許發(fā)送短接、數(shù)傳機(jī)準(zhǔn)備好和數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好短接，現(xiàn)利用串行口的數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好線(平時(shí)為高電平)連接一個(gè)10K限流電阻和一個(gè)PNP三極管，三極管的集電極與89C51的復(fù)位端相連，三極管的發(fā)射極與電源+5V相連。當(dāng)計(jì)算機(jī)認(rèn)為單片機(jī)系統(tǒng)已“死機(jī)”的情況下計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)運(yùn)行如下指令(假設(shè)系統(tǒng)接在計(jì)算機(jī)串行口二)Outportb(0x2fc，0)；delay(10)；Outportb(0x2fc，1)；相當(dāng)與通過軟件產(chǎn)生了一個(gè)寬度為10mS的低電平脈沖，此脈沖經(jīng)三極管后變?yōu)橐粋€(gè)寬度為10mS的高電平脈沖，足以復(fù)位單片機(jī)。
1、6單片機(jī)系統(tǒng)工作電源電源電路是引入強(qiáng)干擾的主要通路，瞬間強(qiáng)干擾不僅可以通過電壓線傳入，而且可以通過電源地線傳入單片機(jī)系統(tǒng)。所以，我們在設(shè)計(jì)中選用集成開關(guān)電源作為單片機(jī)系統(tǒng)的5伏和正負(fù)12伏工作電源。
2、隔離放大模塊圖7所示，共有十六通道，采用隔離放大芯片AD202J。其中1-15通道為15路測量輸入通道，第16路為電壓取樣采集通道。所采集的電壓為提供觸點(diǎn)1安培電流的24VAC觸點(diǎn)接觸電阻測試電源，測試?yán)^電器觸點(diǎn)接觸電阻的同時(shí)采集此電壓，然后進(jìn)行運(yùn)算，以消除測試電壓波動(dòng)對(duì)測量結(jié)果的影響。
采用AD202J隔離放大芯片，可以消除通道之間的相互影響。如下圖3、4所示。圖3所示為非隔離式放大器，圖示中虛線所示引線上的電壓將影響檢測結(jié)果。圖4為本測試儀隔離式放大器的接法，是四引線法測量觸點(diǎn)接觸電阻，隔離放大器的使用還可以有效隔離被測信號(hào)端的干擾，保證CPU的正常工作。
3、勵(lì)磁電源、測試電源及控制模塊根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，提供電磁繼電器線圈的勵(lì)磁電源有直流(0~110V(電流500mA))和交流(0~220V(電流1A))，測試電源有交流24V(經(jīng)24歐標(biāo)準(zhǔn)電阻限流得到1A電流源用于測量接觸電阻)和直流0.24V穩(wěn)壓電源(用于測量響應(yīng)時(shí)間，因?yàn)楦鶕?jù)設(shè)計(jì)要求，繼電器觸點(diǎn)帶電動(dòng)作時(shí)流過觸點(diǎn)的最大電流不能超過10mA，0.24V電源經(jīng)24歐標(biāo)準(zhǔn)電阻限流后最大電流不超過10mA)，交直流勵(lì)磁電源切換和大小調(diào)節(jié)由手動(dòng)控制，交直流勵(lì)磁電源和測試電源的加電和斷開由單片機(jī)I/O口經(jīng)光電耦合驅(qū)動(dòng)交流或直流固態(tài)繼電器來完成。
4、電源電壓過零同步信號(hào)攝取電路。
同步攝取電路從電網(wǎng)電壓的交流取出其過零時(shí)刻的同步電壓信號(hào)，它是由變壓器次級(jí)引出交流電壓，經(jīng)電阻限流和穩(wěn)壓二機(jī)管嵌位，送至運(yùn)算放大器的輸入端。運(yùn)放處于開環(huán)的狀態(tài)，其工作電源為+5V，所以其輸出為正飽和值與負(fù)飽和值之間，再由二極管箝掉負(fù)向脈沖，使其輸出在0-5V之間，再經(jīng)光電耦合輸入到單片機(jī)的外部中斷口。如圖5所示。此同步信號(hào)用以確定交流勵(lì)磁電壓施加的時(shí)刻。
電源電壓過零同步信號(hào)攝取對(duì)正確測試交流繼電器響應(yīng)時(shí)間有重要影響。下圖為同一交流繼電器在不同時(shí)間施加交流勵(lì)磁的波形在t1和t2時(shí)刻施加，都是在t3時(shí)刻吸合，不能得到正確的響應(yīng)時(shí)間。本儀器將施加勵(lì)磁時(shí)刻取在電壓過零點(diǎn)時(shí)刻。
本實(shí)用新型工作原理以完成一次自動(dòng)測試普通電磁繼電器為例，操作者先連接好被測繼電器，選擇和調(diào)節(jié)好勵(lì)磁電源。
1、觸點(diǎn)數(shù)量和類型測量測試儀先判斷繼電器觸點(diǎn)類型和被測觸點(diǎn)數(shù)量，首先單片機(jī)控制測試電源給各個(gè)觸點(diǎn)加直流0.24V測試電源，讀取每個(gè)采樣通道的電壓狀態(tài)，再控制加勵(lì)磁電源，2秒后再次讀取每個(gè)采樣通道的電壓狀態(tài)。與第一次讀取的狀態(tài)比較，如果前后狀態(tài)沒有變化，則此通道無觸點(diǎn)。如果前面是高電壓狀態(tài)而加勵(lì)磁電源后得到的是低電壓狀態(tài)，則判斷此觸點(diǎn)為常開觸點(diǎn)，反之為常閉觸點(diǎn)。同時(shí)觸點(diǎn)數(shù)量也得到了。
2、觸點(diǎn)響應(yīng)時(shí)間測量和接觸電阻測量測試儀得到了被測繼電器觸點(diǎn)數(shù)量和觸點(diǎn)類型以及每一個(gè)觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的采樣通道號(hào)，為快速測量觸點(diǎn)響應(yīng)時(shí)間和接觸電阻測量做好了準(zhǔn)備。
單片機(jī)控制測試電源給被測繼電器觸點(diǎn)加24VAC電源，測試常閉觸點(diǎn)的接觸電阻，然后斷開24VAC電源，再給繼電器觸點(diǎn)加0.24VDC電源，然后給繼電器的勵(lì)磁線圈加電(如果是交流電磁繼電器則需等電源電壓同步信號(hào)到達(dá)后才加電)，同時(shí)開始記時(shí)，如有觸點(diǎn)完成動(dòng)作則記下此觸點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間，判斷所有被測觸點(diǎn)是否已經(jīng)完成動(dòng)作，若完成，則可以斷開0.24VDC測試電源，再加載24VAC測試電源，測試常開觸點(diǎn)的接觸電阻，完成后斷開所有測試電源和勵(lì)磁電源，最后單片機(jī)將經(jīng)過初步處理的數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)，這樣就完成了一次測試過程，整個(gè)測試過程耗時(shí)不到一秒鐘。
軟件設(shè)計(jì)1、下位機(jī)軟件系統(tǒng)軟件主要由主程序、中斷服務(wù)程序和子程序等組成。軟件采用模塊化程序設(shè)計(jì)，包括通訊模塊、中斷處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和控制模塊等。各模塊源程序用符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語言編寫，然后由Franklin C51編譯器生成一個(gè)可重新定位的目標(biāo)文件。再將目標(biāo)文件固化入89C51中的ROM中即可。
3、上位機(jī)軟件上位機(jī)軟件在windows環(huán)境下，采用Delphi語言編寫，實(shí)現(xiàn)全漢化用戶界面。程序由輸入模塊，參數(shù)設(shè)定、測試模塊、比較模塊、系統(tǒng)自檢模塊、各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊和幫助等模塊組成。具有界面友好、操作簡便、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。
圖6A/D轉(zhuǎn)換電路圖中從模擬經(jīng)AD1674轉(zhuǎn)換至數(shù)字由CPU接收。
權(quán)利要求1.一種繼電器快速自動(dòng)測試儀，其特征是由微處理器、多通道隔離放大模塊、勵(lì)磁電源及控制電路、測試電源及控制電路，電源電壓過零同步信號(hào)攝取電路組成，隔離放大模塊連接繼電器觸點(diǎn)的測量輸入通道，且其中一路為電壓取樣采集通道，所采集的電壓為提供觸點(diǎn)電流的觸點(diǎn)接觸電阻測試電源，測試?yán)^電器觸點(diǎn)接觸電阻的同時(shí)采集此電壓，然后連接微處理器輸入端，提供電磁繼電器線圈的勵(lì)磁電源，有直流和交流勵(lì)磁電源，由微處理器的I/O口經(jīng)光電耦合驅(qū)動(dòng)交流或直流固態(tài)繼電器輸出交直流勵(lì)磁電源和測試電源的加電和斷開。
2.由權(quán)利要求1所述的繼電器快速自動(dòng)測試儀，其特征是設(shè)有電源電壓過零同步信號(hào)攝取電路，同步攝取電路從電網(wǎng)電壓的交流取出其過零時(shí)刻的同步電壓信號(hào)，它是由變壓器次級(jí)接出交流電壓，經(jīng)電阻限流和穩(wěn)壓二機(jī)管嵌位，送至運(yùn)算放大器的輸入端，運(yùn)放電路是開環(huán)電路，其輸出為正飽和值與負(fù)飽和值之間，其輸出接二極管，箝掉負(fù)向脈沖，再連接光電耦合輸入到單片機(jī)的外部中斷口。
3.由權(quán)利要求1所述的繼電器快速自動(dòng)測試儀，其特征是隔離放大模塊采用AD202J隔離放大芯片，用四引線法測量觸點(diǎn)接觸電阻。
專利摘要一種繼電器快速自動(dòng)測試儀，由微處理器、多通道隔離放大模塊、勵(lì)磁電源及控制電路、測試電源及控制電路，電源電壓過零同步信號(hào)攝取電路組成，隔離放大模塊連接繼電器觸點(diǎn)的測量輸入通道，且其中一路為電壓取樣采集通道，所采集的電壓為提供觸點(diǎn)電流的觸點(diǎn)接觸電阻測試電源，測試?yán)^電器觸點(diǎn)接觸電阻的同時(shí)采集此電壓，然后連接微處理器輸入端，提供電磁繼電器線圈的勵(lì)磁電源，有直流和交流勵(lì)磁電源，由微處理器的I/O口經(jīng)光電耦合驅(qū)動(dòng)交流或直流固態(tài)繼電器輸出交直流勵(lì)磁電源。本實(shí)用新型制作成本低、使用方便、測試速度快、測試精度高、儀器可靠性高、對(duì)被測繼電器無任何損害，大大提高了繼電器測試生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)G01R31/00GK2620283SQ0322243
公開日2004年6月9日 申請日期2003年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月3日
發(fā)明者潘紅兵, 張駿, 劉先昆, 紀(jì)圣謀, 徐健健 申請人:南京大學(xué)