基于單片機(jī)PIC絕緣電阻測(cè)量?jī)x的研制

周紅光+田保坤+王運(yùn)劭

摘 要：目前對(duì)于電纜故障進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)，以及控制的系統(tǒng)有很多。這些故障主要包括電纜網(wǎng)絡(luò)的短路，以及斷路等，但是這些系統(tǒng)并不能對(duì)導(dǎo)線(xiàn)間的絕緣進(jìn)行測(cè)試。本文研發(fā)和制造了一個(gè)包括原有系統(tǒng)功能，并對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的絕緣可以測(cè)試的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要運(yùn)用單片機(jī)PIC16F877A為主控芯片實(shí)現(xiàn)的絕緣電阻測(cè)量?jī)x進(jìn)行研制。

關(guān)鍵詞：PIC16F877A單片機(jī)；絕緣電阻；測(cè)量?jī)x

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.145

1 緒論

對(duì)于絕緣電阻的檢測(cè)，我國(guó)計(jì)量法早有強(qiáng)制性規(guī)定，為了保證電氣安全，必須進(jìn)行檢測(cè)。兆歐表是專(zhuān)門(mén)用來(lái)測(cè)量絕緣電阻的，也被稱(chēng)作絕緣電阻測(cè)試儀。之前的兆歐表（搖表）因其擁有非常多的缺點(diǎn)，諸如：體積龐大，只有很小的測(cè)量范圍，非常低的測(cè)量精度，操作也非常復(fù)雜，因此讓測(cè)量結(jié)果的精確性無(wú)法獲得保障，漸漸人們放棄使用。數(shù)字式兆歐表沒(méi)有了這些缺點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合單片機(jī)使用，可以將測(cè)量獲得的結(jié)果保存起來(lái)，以及顯示，最后能夠和pc機(jī)保持通訊。本文主要分析一種以PIC16F877A單片機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字式絕緣測(cè)試儀。

2 工作原理

這個(gè)數(shù)字式絕緣測(cè)試儀的組成部分包括：LCD顯示電路、PIC16F877A單片機(jī)系統(tǒng)電路、量程切換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、采樣電路、直流高壓電源電路等。如圖1所示為它的整個(gè)工作原理框圖。

這個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試電壓源為1000V的直流電源，這個(gè)電源是由高壓電源集成模塊提供的。同時(shí)選擇恒壓法（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定）測(cè)量絕緣電阻。取樣電壓接到基準(zhǔn)電壓輸人端（VeR-EF+ ），電源分壓信號(hào)連接到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量輸人端（An）。LCD驅(qū)動(dòng)器的緩存中保存由A/D轉(zhuǎn)換的相應(yīng)經(jīng)過(guò)一定計(jì)算的結(jié)果，根據(jù)要求將緩存保存的結(jié)果顯示出來(lái)，用戶(hù)可以依據(jù)顯示值的大小，采用合適的量程來(lái)選擇開(kāi)關(guān)。在PIC16F877A單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器模塊（12位）的集成在里面。所以本系統(tǒng)的電路根本不需要再添加一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，如此讓電路板的尺寸大大縮小了。

3 系統(tǒng)的硬件組成

（1）直流高壓電源電路。通過(guò)倍壓電路以及脈沖變壓器產(chǎn)生測(cè)試所需要的高壓電源，對(duì)于輸出電壓的控制，利用單片機(jī)輸出PWM進(jìn)行。工作原理：通過(guò)三極管BUT11A讓12V直流電源經(jīng)過(guò)，形成交變電壓在脈沖變壓器中，不斷升壓利用脈沖變壓器，不斷實(shí)施升壓和整流利用C1，D1，C2，D2等形成的倍壓電路，單片機(jī)輸出占空比可調(diào)的PWM波，利用將占空比變化，獲得輸出直流電壓能夠改變的目標(biāo)，設(shè)定輸出為固定電壓在本系統(tǒng)中，也可以輸出步進(jìn)電壓。

（2）電源模塊的設(shè)計(jì)。由于本文選擇LCD模塊的工作電壓為3.3V。本課題要求低紋波電流容量。電源取自直流電變換后得到12V，所以電源模塊采用LM2586-5V開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓集成電路、MIC2915穩(wěn)壓器和線(xiàn)附一端穩(wěn)比器件LM1118。

電源取自直流電經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后得到12V，電壓為直流12V，經(jīng)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓集成電路LM2575后輸出5V直流電壓。利用磁珠將輸出回路的地GND與輸入回路的地PWGND互相連接到一起，此5V直流電壓主要對(duì)于單片機(jī)的供電。

5V的直流電源經(jīng)LM166-3.3V芯片后輸出3.3V的直流電壓，提供存儲(chǔ)模塊。由于系統(tǒng)存儲(chǔ)通信模塊需要1.8V的直流電源，所以再通過(guò)一片LM1118-1.8V將3.3 V直流轉(zhuǎn)換為1.8V直流電源。

因?yàn)閱纹瑱C(jī)在最大負(fù)荷在最大傳輸功率時(shí)，電流信號(hào)達(dá)到1.6A，并且需要電壓的紋波系數(shù)小。因此本課題選擇了大電流、高精度穩(wěn)壓芯片MIC29155。該芯片有使能端，設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)PIC16F877A的I/O口通過(guò)NPN管9013控制MIC29155，進(jìn)而控制GSM模塊的啟/停。

這種電路的電感電容電連接只使用貼片的封裝，在一定程度上，它可以降低電壓集成電路板芯片也可以添加散射效應(yīng)。

（3） LCD顯示及微型打印機(jī)電路。LCM 12864為L(zhǎng)CD顯示器的型號(hào)，LCM 12864為液晶顯示模塊，帶有國(guó)際中文字庫(kù)圖形點(diǎn)陣，每行可以顯示8個(gè)漢字，可以顯示四行，為寬（2.7-5.5V） 電源操作范圍，功耗很低的設(shè)計(jì)可以達(dá)到這個(gè)系統(tǒng)節(jié)省點(diǎn)的目標(biāo)，另外能夠靈活地連接單片機(jī)的接口，連接接口的模式主要有串行3線(xiàn)/2線(xiàn)，并行8位/4位。詳細(xì)接線(xiàn)圖主要依據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)。

（4）通道選擇和測(cè)量電路設(shè)計(jì)。包含80芯電纜接口在一個(gè)電纜測(cè)試控制器中，選擇2組多路開(kāi)關(guān)陣列來(lái)達(dá)到通道選擇電路，能夠?qū)⒈粶y(cè)量電纜網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)或者隨意一個(gè)通道鎖定。被測(cè)電纜、基準(zhǔn)電阻、高壓電源共同組成絕緣電阻測(cè)量電路。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文此次試驗(yàn)采用試驗(yàn)對(duì)象為6.9KW的三相交流電纜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，裝置中采用不同的電壓檔位來(lái)對(duì)于同一的測(cè)試樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)量，具體的測(cè)試數(shù)據(jù)如下表所示：

從上表所測(cè)試的結(jié)果，我們可以看出基于單片機(jī)PIC16F877A絕緣電阻測(cè)量?jī)x 對(duì)于在不同的濕度、不同的絕緣電阻環(huán)境之下得出的極化指數(shù)與吸收比，可以看出裝置在此環(huán)境下測(cè)量數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，可靠性強(qiáng)。

5 結(jié)論

此電路結(jié)構(gòu)非常容易實(shí)現(xiàn)，由于擁有簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)。因此依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)的參數(shù)將樣機(jī)設(shè)計(jì)并制造出來(lái)，經(jīng)過(guò)調(diào)試已經(jīng)能夠成功使用。數(shù)字式絕緣電阻測(cè)試儀擁有可靠的電路，能夠進(jìn)行自動(dòng)的轉(zhuǎn)換量程和高壓發(fā)生器電路。占空比成正比于輸入電壓是高壓發(fā)生器電路的特征，并不會(huì)受到負(fù)載作用影響，所以可以在很大范圍內(nèi)容易被控制，只有極小的噪音，也能輸出恒定的電壓。

參考文獻(xiàn)：

[1]佘金濤，陸鴻，謝資明，王峰，陳明卿，賴(lài)振學(xué).新型絕緣電阻測(cè)試儀的開(kāi)發(fā)[J].工業(yè)計(jì)量，2010（03）.

[2]李志得.一種智能絕緣電阻測(cè)試儀設(shè)計(jì)[J].電測(cè)與儀表， 2011（05）.

[3]李剛，粱琰，黃立培，陶興華.多路數(shù)字絕緣電阻測(cè)試儀用的直流電源設(shè)計(jì)[J].電測(cè)與儀表，2007（05）.