89C51在小型电磁式继电器特性参数自动测试仪中的应用

古玉年, 赵志强, 陆春妹

(苏州市职业大学 电子信息工程系，江苏 苏州 215104）

继电器是电力系统以及其他电气控制系统中常用的电器元件，它们的工作是否可靠是确保电力系统和其他电气控制系统可靠运行的重要保证.因此，必须对继电器的特性参数定期进行测试.小型电磁式继电器的应用场合日渐广泛，对继电器参数检测的方法和测量精度以及自动化程度要求也不断提高，由人工分立式仪表检测向自动检测转换是必然趋势[1].

小型电磁式继电器需要测量的特征参数包括继电器最小吸合电压、最大释放电压，线圈电压为额定工作电压时的吸合时间、释放时间，以及线圈电压为额定工作电压时的触点接触电阻[2].

1 系统组成

为了实现继电器参数的高精度和自动化测试，本系统由测试对象、单片机、恒流源、数字调压器和A/D转换以及显示部分组成.系统组成框图如图1所示.

图1 系统组成框图

本系统选用如下器件构建测试电路：被测继电器线圈控制电压输出由常见的可调集成稳压器LM317与数控电位器X9319共同作用生成，其最大输出电流为2.2 A，输出电压范围为1.25～37 V；触点电阻测试电路由2个三端固定稳压器LM7805CK并联输出2 A恒流，由于触点电阻阻值较小，采用低噪声高精度运算放大器OPA177进行信号放大，放大信号经A/D转换后送给单片机进行处理，这种设计具有测试性能稳定、误差小等优点.

2 参数测量电路设计

2.1 最小吸合电压、最大释放电压以及吸合、释放时间的测量电路

(1) 最小吸合电压的测量.通过运放LM317的输出得到V_RELAY信号，再经过数字电位器X9319[3]进行数字调压，如图2所示.由单片机控制X9319中的/CS、/INC、U/D实现调压功能.当V_RELAY电压逐渐增加时，被测继电器得电吸合，从而得到最小吸合电压，同时通过TLC549A/D转换器送给单片机显示.

(2) 最大释放电压的测量.通过单片机控制数字调压电路，如图2所示.当V_RELAY电压逐渐减小时，被测继电器得电失电，从而得到最大释放电压，同时通过TLC549A/D转换器送给单片机显示.

(3) 吸合、释放时间的测量.如图3所示，由单片机控制继电器J1的导通和闭合来实现吸合、释放时间的测量.当被测继电器在额定电压时，单片机给出信号使得J1端口导通，给出RELAY信号使得被测继电器线圈得电，同时计时开始，当常开触点闭合时，由SIG端口向单片机发出计时结束口令，从而测出吸合时间.当单片机通过RELAY口令控制被测继电器断开的同时开始计时，常开触点断开，由SIG端口向单片机发出计时结束口令，同理测得释放时间.

图2 数字调压电路

图3 吸台及释放时间原理图

2.2 触点电阻测试电路

测试接触电阻的流程如图4所示.用LM7805CK产生一个恒流源，由于继电器常闭常开触点电阻很小，所以触点上的压降很小，故需通过运放对电压进行放大，放大电路如图5所示.由89C51单片机控制J1和J2两个继电器切换电路的连接实现自动测试.当J1断开、J2接通时，恒流源产生的电流流经继电器触点，在触点上产生小的压降，通过运放放大的信号由A/D转换器变换后输送给单片机处理，电阻信号转换电路如图6所示.

2.3 显示电路

采用89C51单片机控制4个74HC595，上面2个用来扫描，每一个管脚控制上下两组数码管，下面2个则用来控制数据的显示，分别显示最小吸合电压、最大释放电压、线圈电压额定时的吸合时间及释放时间[4].

图4 测试接触电阻的框图

3 软件设计

单片机的软件设计采用C语言.在设计中，主要是测量吸合电压和释放电压、吸合与释放时间子程序比较复杂，子程序详细流程图如图7所示.

图5 测试接触电阻功放电路

图6 测试接触电阻信号转换电路

图7 软件流程图

4 参数测试结果及分析

性能参数测试见表1.结果显示最小吸合电压的平均值为8.92 V，与理论值的误差达0.8%；最大释放电压的平均值为1.9 V，误差较大；吸合时间理论为≤10 ms，实测值满足要求；释放时间理论值为5 ms，实测值满足要求；触点内阻理论值为100 mΩ，实测值与理论值误差达10.28%.

误差原因：通电电流较大，导致电阻的温度升高，影响阻值的变化；线圈电流流过时间较长，发热导致阻值有偏差；接触器触点的抖动影响测量值的精度；器件与测量仪器本身存在误差.

改进方法：为了获取更加稳定的电流，进一步优化恒流源设计方案及器件型号选择；功放的性能需要进一步提高；选择位数更多、精度更高的A/D芯片；选择高精度的器件和测量仪器.

5 结 论

由于系统架构设计合理，功能电路实现较好，系统性能优良、稳定.本测试仪较好完成了小型电磁式继电器各项性能指标参数的检测，同时实现了自动测试，无需再使用传统的手动调试，提高了测试精度.

表1 性能参数测试数据表

[1] 任晓霞，刘向军.一种新的电磁继电器参数综合测试系统[J].江苏电器，2007(5)：59-62.

[2] 孙丽华，李华丰，安曙明，等.一种新型继电器参数测试仪[J].电力自动化设备，2003，23(12)：63-64.

[3] 张亚迪.数字电位器X9313在微信号检测中的应用[J].国外电子元器件，2007(8)：58-64.

[4] 袁 强.基于单片机89C51和89C2051点阵LED显示系统[J].中国科技信息，2006(18)：181-183.