電磁式繼電器特性參數(shù)測試儀的設計

崔 鳴，周 燕，陳 杰

(蘇州市職業(yè)大學 電子信息工程系，江蘇 蘇州 215104)

本文研制了以ARM微處理器[1-2]STM32F103VBT6為處理控制核心的繼電器特性參數(shù)自動測量儀，采用液晶顯示、數(shù)據(jù)打印和Flash Disk存儲等多種方式輸出測試結(jié)果，可用于以下參數(shù)的測量:①使繼電器觸點穩(wěn)定吸合的最小線圈電壓;②當繼電器觸點釋放時線圈的最大釋放電壓;③線圈電壓為額定工作電壓時的吸合時間;④線圈電壓為額定工作電壓時的釋放時間;⑤線圈電壓為額定工作電壓時的觸點接觸電阻等;⑥并能實時監(jiān)測由于誤操作而導致的嚴重故障.

1 硬件設計

系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示，主要有ARM微處理器、89S52單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、可調(diào)電源、鍵盤和顯示模塊等組成.

本系統(tǒng)通過智能化設計實現(xiàn)成套參數(shù)的自動測試，設計采用ARM微處理器STM32F103VBT6，該處理器時間的精度高，且自帶A/D 轉(zhuǎn)換功能，可減少電路的復雜性.

通過鍵盤切換測試功能，可分別執(zhí)行測試繼電器最小吸合電壓、最大釋放電壓，線圈電壓為額定工作電壓時的吸合時間、釋放時間和測試觸點接觸電阻等特性參數(shù)，結(jié)果可由顯示器顯示并可通過微型打印機打印，為了能夠?qū)^電器特性參數(shù)進行長時間大容量保存，系統(tǒng)還采用Flash Disk存儲測試參數(shù).另外，系統(tǒng)通過EEPROM預設存儲繼電器標準參數(shù)，測量值自動與標準值比較，若相差太大則終止檢測，以避免損壞儀器和被測樣品.在測試過程中采用四端法測量，避免線路損耗對測試產(chǎn)生影響，提高了測量精度.

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

1.1 恒流源模塊

該部分電路主要產(chǎn)生1.5 A的恒流源[4]，輸入到繼電器觸點電路中用于測量觸點常閉常開電阻，恒流源的精度對電阻值測量的精度至關重要.電路由大功率穩(wěn)壓管78H05和精密大功率(10 W)電阻組成[5]，恒流源電路設計如圖2所示.

圖2 恒流源電路框圖

圖3 可變電源電路框圖

1.2 可調(diào)電源模塊

該電路在ARM控制下輸入0～3 V電壓，輸出0～15 V直流電壓至繼電器線圈.可變電源電路設計如圖3所示.

1.3 測試最小吸合電壓、最大釋放電壓模塊

該模塊主要由被測繼電器、可變電壓源、固態(tài)開關等組成，繼電器最小吸合電壓和最大釋放電壓測試電路如圖4所示.

設置可變電壓源輸出為0，然后增加電壓數(shù)值，直到觸點閉合為止，此時的電壓值即為最小吸合電壓;反之，在最小吸合電壓基礎上，減小電壓數(shù)值，直到觸點釋放為止，此時的電壓值即為最大釋放電壓.

大燈功能的執(zhí)行由大燈控制單元和前部發(fā)光二極管(LED)車外燈光促動模塊控制(圖2)，兩個控制單元均位于大燈燈組上，執(zhí)行不同的任務。

1.4 測試線圈吸合、釋放時間模塊

該測試模塊主要由型號為943-1C-12DS的被測繼電器K1、型號為G2R測試輔助繼電器K2、ARM微處理、可變電壓源等組成，其原理框圖如圖5所示.

圖4 繼電器最小吸合電壓和最大釋放電壓測試

微處理器根據(jù)本次指定被測繼電器的型號，通過D/A轉(zhuǎn)換器控制可變電壓源范圍在0～15 V之間變化，使繼電器達到一定的電壓值，通過控制相應的固態(tài)開關在線圈兩端施加電壓，然后檢測常開觸點是否閉合，若沒閉合，可變電壓源繼續(xù)增加數(shù)值，直到常開觸點閉合為止.

在本電路設計中，考慮到ARM控制電路處理時間及線路損耗的影響，0～15 V的電壓不是由可變電阻直接供給，而是在電路中串聯(lián)一個三極管，由三極管的導通與否來供給電壓.

1.5 測試觸點接觸電阻模塊

圖5 額定工作電壓時的吸合、釋放時間測試

該測試模塊主要由精密恒流源、固態(tài)開關、被測繼電器組成.其原理框圖如圖6所示.

本模塊是線圈在額定工作電壓為12 V時測試觸點接觸電阻，恒流源的供電電流為1.5 A，觸點釋放時電壓值的測試點為A端，觸點閉合時電壓值的測試點為B端.

觸點電阻測量屬于小電阻測量，一般在200 m?以內(nèi)，所以要求測量系統(tǒng)有較高的精度抗干擾性能，為了消除測量導線電阻和接觸電阻對測量精度的影響，采用四端法測量觸點電阻(如圖7所示)，測量電壓時，測試點A應直接接至繼電器的引腳上，避免導線電阻和接觸電阻對測試結(jié)果產(chǎn)生誤差.

圖6 觸點接觸電阻測試框圖

1.6 測試線圈工作電流模塊

本模塊測試的額定電壓為15 V，通過測試精密電阻兩端的電壓差得到線圈的工作電流，電路框圖如圖8所示.

圖7 四端法測量觸點電阻示意圖

圖8 線圈工作電流測試框圖

2 軟件設計

本系統(tǒng)軟件設計采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便修改和調(diào)試.主要由主程序、相關數(shù)據(jù)測試子程序、手動調(diào)試子程序組成.軟件流程圖如圖9所示.

3 系統(tǒng)調(diào)試與指標

系統(tǒng)測試使用的儀器包括6位半萬用表(HP34401A )、電源(PSM-2010)及數(shù)字示波器(TD S3052B)等.其測試過程如下.

步驟1:測試最小吸合電壓U1.首先設置可變電壓源輸出為0，然后增加電壓數(shù)值，直到觸點閉合為止，保存此時電壓值，并在LCD液晶屏上顯示測試出的最小吸合電壓值.

圖9 軟件流程圖

步驟2:測試最大釋放電壓U2.經(jīng)步驟1測試后，觸點處于吸合狀態(tài)，逐漸減小可變電源電壓值，直至檢測到釋放動作，保存此時電壓值，并在LCD液晶屏上顯示測試出的最大釋放電壓值.

步驟3:測試常開觸點電阻R1.經(jīng)步驟2測試后，觸點處于釋放狀態(tài)，可變電源供電12 V給繼電器，檢測觸點電壓，測量時將測試點接至繼電器線圈引腳，避免線路損耗，又因電流恒定，所以，經(jīng)ARM即可控制輸出額定電壓下常閉電阻值，將測試得到的電阻值保存并在LCD液晶屏上顯示.

步驟4:測試吸合時間t1.經(jīng)步驟3測試后，觸點處于釋放狀態(tài)，可變電源供電12 V給繼電器，通過串聯(lián)三極管保持繼電器的電壓為12 V，當三極管斷開，ARM開始計時，直至檢測到常開觸點為低電平，ARM終止計時，輸出時間差即為額定電壓時的吸合時間，保存數(shù)據(jù)并在LCD液晶屏上顯示.

步驟5:測試線圈工作電流I.經(jīng)步驟4測試后，觸點處于吸合狀態(tài)，將精密電阻R的電壓差輸入ARM計算得到線圈的工作電流，保存數(shù)據(jù)并在LCD液晶屏上顯示.

步驟6:測試常閉觸點電阻R2.經(jīng)步驟5測試后，觸點處于吸合狀態(tài)，可變電源供電12 V給繼電器，檢測觸點電壓，測量時將測試點接至繼電器線圈引腳，避免線路損耗，又因電流恒定，所以，經(jīng)ARM即可輸出額定電壓下常閉電阻值，將測試得到的電阻值保存并在LCD液晶屏上顯示.

步驟7:測試釋放時間t2.經(jīng)步驟6測試后，觸點處于吸合狀態(tài)，可變電源供電12 V給繼電器，通過串聯(lián)三極管保持繼電器的電壓為12 V，當三極管斷開，ARM開始計時，直至檢測到低電平，ARM終止計時，經(jīng)減法器及D/A轉(zhuǎn)換器，輸出時間差即為額定電壓時的釋放時間，保存數(shù)據(jù)并在LCD液晶屏上顯示.

在測試過程中，測試數(shù)據(jù)被保存在Flash Disk中，可以作為長期保存的數(shù)據(jù)資料.最后，以上測試的所有數(shù)據(jù)可以打印輸出.測試結(jié)果見表1.

表1 測試結(jié)果

4 結(jié) 論

本設計以ARM微處理器STM32F103VBT6為處理控制核心部件，通過鍵盤選擇測試功能，實現(xiàn)測試繼電器943-1C-12DS的各項特性參數(shù)，包括:最小吸合電壓、最大釋放電壓;線圈電壓為額定工作電壓時的吸合時間、釋放時間和觸點接觸電阻.最后測試結(jié)果在液晶屏顯示，并打印輸出結(jié)果，為了能實時跟蹤繼電器參數(shù)變化，測試結(jié)果被存儲在Flash Disk中.本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)成套參數(shù)自動測試.同時在系統(tǒng)設計中考慮消除人為及線路器因素干擾，提高了檢測精度和速度，操作方便.

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