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电磁式继电器特性参数测试仪的设计

2011-01-11鸣,周燕,陈

苏州市职业大学学报 2011年4期
关键词:框图触点继电器

崔 鸣,周 燕,陈 杰

(苏州市职业大学 电子信息工程系,江苏 苏州 215104)

本文研制了以ARM微处理器[1-2]STM32F103VBT6为处理控制核心的继电器特性参数自动测量仪,采用液晶显示、数据打印和Flash Disk存储等多种方式输出测试结果,可用于以下参数的测量:①使继电器触点稳定吸合的最小线圈电压;②当继电器触点释放时线圈的最大释放电压;③线圈电压为额定工作电压时的吸合时间;④线圈电压为额定工作电压时的释放时间;⑤线圈电压为额定工作电压时的触点接触电阻等;⑥并能实时监测由于误操作而导致的严重故障.

1 硬件设计

系统的硬件框图如图1所示,主要有ARM微处理器、89S52单片机、A/D转换器、D/A转换器、可调电源、键盘和显示模块等组成.

本系统通过智能化设计实现成套参数的自动测试,设计采用ARM微处理器STM32F103VBT6,该处理器时间的精度高,且自带A/D 转换功能,可减少电路的复杂性.

通过键盘切换测试功能,可分别执行测试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、释放时间和测试触点接触电阻等特性参数,结果可由显示器显示并可通过微型打印机打印,为了能够对继电器特性参数进行长时间大容量保存,系统还采用Flash Disk存储测试参数.另外,系统通过EEPROM预设存储继电器标准参数,测量值自动与标准值比较,若相差太大则终止检测,以避免损坏仪器和被测样品.在测试过程中采用四端法测量,避免线路损耗对测试产生影响,提高了测量精度.

图1 系统硬件框图

1.1 恒流源模块

该部分电路主要产生1.5 A的恒流源[4],输入到继电器触点电路中用于测量触点常闭常开电阻,恒流源的精度对电阻值测量的精度至关重要.电路由大功率稳压管78H05和精密大功率(10 W)电阻组成[5],恒流源电路设计如图2所示.

图2 恒流源电路框图

图3 可变电源电路框图

1.2 可调电源模块

该电路在ARM控制下输入0~3 V电压,输出0~15 V直流电压至继电器线圈.可变电源电路设计如图3所示.

1.3 测试最小吸合电压、最大释放电压模块

该模块主要由被测继电器、可变电压源、固态开关等组成,继电器最小吸合电压和最大释放电压测试电路如图4所示.

设置可变电压源输出为0,然后增加电压数值,直到触点闭合为止,此时的电压值即为最小吸合电压;反之,在最小吸合电压基础上,减小电压数值,直到触点释放为止,此时的电压值即为最大释放电压.

大灯功能的执行由大灯控制单元和前部发光二极管(LED)车外灯光促动模块控制(图2),两个控制单元均位于大灯灯组上,执行不同的任务。

1.4 测试线圈吸合、释放时间模块

该测试模块主要由型号为943-1C-12DS的被测继电器K1、型号为G2R测试辅助继电器K2、ARM微处理、可变电压源等组成,其原理框图如图5所示.

图4 继电器最小吸合电压和最大释放电压测试

微处理器根据本次指定被测继电器的型号,通过D/A转换器控制可变电压源范围在0~15 V之间变化,使继电器达到一定的电压值,通过控制相应的固态开关在线圈两端施加电压,然后检测常开触点是否闭合,若没闭合,可变电压源继续增加数值,直到常开触点闭合为止.

在本电路设计中,考虑到ARM控制电路处理时间及线路损耗的影响,0~15 V的电压不是由可变电阻直接供给,而是在电路中串联一个三极管,由三极管的导通与否来供给电压.

1.5 测试触点接触电阻模块

图5 额定工作电压时的吸合、释放时间测试

该测试模块主要由精密恒流源、固态开关、被测继电器组成.其原理框图如图6所示.

本模块是线圈在额定工作电压为12 V时测试触点接触电阻,恒流源的供电电流为1.5 A,触点释放时电压值的测试点为A端,触点闭合时电压值的测试点为B端.

触点电阻测量属于小电阻测量,一般在200 mΩ以内,所以要求测量系统有较高的精度抗干扰性能,为了消除测量导线电阻和接触电阻对测量精度的影响,采用四端法测量触点电阻(如图7所示),测量电压时,测试点A应直接接至继电器的引脚上,避免导线电阻和接触电阻对测试结果产生误差.

图6 触点接触电阻测试框图

1.6 测试线圈工作电流模块

本模块测试的额定电压为15 V,通过测试精密电阻两端的电压差得到线圈的工作电流,电路框图如图8所示.

图7 四端法测量触点电阻示意图

图8 线圈工作电流测试框图

2 软件设计

本系统软件设计采用模块化结构,以便修改和调试.主要由主程序、相关数据测试子程序、手动调试子程序组成.软件流程图如图9所示.

3 系统调试与指标

系统测试使用的仪器包括6位半万用表(HP34401A )、电源(PSM-2010)及数字示波器(TD S3052B)等.其测试过程如下.

步骤1:测试最小吸合电压U1.首先设置可变电压源输出为0,然后增加电压数值,直到触点闭合为止,保存此时电压值,并在LCD液晶屏上显示测试出的最小吸合电压值.

图9 软件流程图

步骤2:测试最大释放电压U2.经步骤1测试后,触点处于吸合状态,逐渐减小可变电源电压值,直至检测到释放动作,保存此时电压值,并在LCD液晶屏上显示测试出的最大释放电压值.

步骤3:测试常开触点电阻R1.经步骤2测试后,触点处于释放状态,可变电源供电12 V给继电器,检测触点电压,测量时将测试点接至继电器线圈引脚,避免线路损耗,又因电流恒定,所以,经ARM即可控制输出额定电压下常闭电阻值,将测试得到的电阻值保存并在LCD液晶屏上显示.

步骤4:测试吸合时间t1.经步骤3测试后,触点处于释放状态,可变电源供电12 V给继电器,通过串联三极管保持继电器的电压为12 V,当三极管断开,ARM开始计时,直至检测到常开触点为低电平,ARM终止计时,输出时间差即为额定电压时的吸合时间,保存数据并在LCD液晶屏上显示.

步骤5:测试线圈工作电流I.经步骤4测试后,触点处于吸合状态,将精密电阻R的电压差输入ARM计算得到线圈的工作电流,保存数据并在LCD液晶屏上显示.

步骤6:测试常闭触点电阻R2.经步骤5测试后,触点处于吸合状态,可变电源供电12 V给继电器,检测触点电压,测量时将测试点接至继电器线圈引脚,避免线路损耗,又因电流恒定,所以,经ARM即可输出额定电压下常闭电阻值,将测试得到的电阻值保存并在LCD液晶屏上显示.

步骤7:测试释放时间t2.经步骤6测试后,触点处于吸合状态,可变电源供电12 V给继电器,通过串联三极管保持继电器的电压为12 V,当三极管断开,ARM开始计时,直至检测到低电平,ARM终止计时,经减法器及D/A转换器,输出时间差即为额定电压时的释放时间,保存数据并在LCD液晶屏上显示.

在测试过程中,测试数据被保存在Flash Disk中,可以作为长期保存的数据资料.最后,以上测试的所有数据可以打印输出.测试结果见表1.

表1 测试结果

4 结 论

本设计以ARM微处理器STM32F103VBT6为处理控制核心部件,通过键盘选择测试功能,实现测试继电器943-1C-12DS的各项特性参数,包括: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、释放时间和触点接触电阻.最后测试结果在液晶屏显示,并打印输出结果,为了能实时跟踪继电器参数变化,测试结果被存储在Flash Disk中.本系统能够实现成套参数自动测试.同时在系统设计中考虑消除人为及线路器因素干扰,提高了检测精度和速度,操作方便.

[1] 周立功. ARM嵌入式系统实验教程[M]. 北京:航空航天大学出版社,2005.

[2] 马忠梅,马广云. ARM嵌入式处理器结构与应用基础[M]. 北京:航空航天大学出版社,2002.

[3] 陶孝海. 51单片机C语言编程技巧[J]. 计算机时代,2009(6):41-43.

[4] 胡宴如. 模拟电子技术[M]. 北京:高等教育出版社,2007.

[5] 宋强. 用输出电压可变的三端稳压器设计支流稳压源[J]. 丹东纺专学报,2003,10(1):8-9.

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