專利名稱：一種繼電器快速自動測試儀的制作方法
專利說明
一、技術領域本實用新型涉及繼電器快速自動測試儀。
二背景技術：
電磁繼電器和延時電磁繼電器廣泛應用于各種儀器及設備，如汽車、火車、地鐵、以及各種工業生產和控制設備，繼電器測試儀用于繼電器生產廠的出廠檢驗和產品質量控制，以及各類修理廠對各種設備上繼電器的檢修。目前各類修理廠及繼電器生產廠對電磁繼電器大多采用手動測試，存在測試效率低、測試精度低和測試參數不全等缺點。
目前市場上也存在多種繼電器自動測試儀，但一般繼電器自動測試儀只能對部分電磁繼電器進行測試，存在測試范圍窄，自動化程度差，可靠性較差等特點。繼電器測試儀常用于繼電器生產廠的出廠檢驗和產品質量控制，以及各類修理廠對各種設備上繼電器的檢修。
三
發明內容
本實用新型目的是提供一種以89C51單片機為核心的以微機為上位機的繼電器快速自動測試儀，整個儀器由微機控制，可自動實現各種普通電磁繼電器(直流或交流)和延時電磁繼電器(直流或交流)的觸點接觸電阻測量(分辨率1m歐，量程0～1歐)、觸點響應時間測量(普通繼電器分辨率1mS，量程0～2秒。延時繼電器分辨率0.1S，量程0～200秒)、觸點類型測量(常開或常閉)、觸點吸合次序測量和觸點吸合釋放電壓測量，最多可同時測量15對繼電器觸點并對數據進行判斷、存儲、顯示、打印和管理。
繼電器快速自動測試儀，由微處理器、多通道隔離放大模塊、勵磁電源及控制電路、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電流的觸點接觸電阻測試電源，測試繼電器觸點接觸電阻的同時采集此電壓，然后連接微處理器輸入端，提供電磁繼電器線圈的勵磁電源有直流和交流，交直流勵磁電源和測試電源的加電和斷開由微處理器的I/O口經光電耦合驅動交流或直流固態繼電器。同時設有電源電壓過零同步信號攝取電路，同步攝取電路從電網電壓的交流取出其過零時刻的同步電壓信號，它是由變壓器次級引出交流電壓，經電阻限流和穩壓二機管嵌位，送至運算放大器的輸入端。運放電路是開環電路，其輸出為正飽和值與負飽和值之間，其輸出接二極管，箝掉負向脈沖，再連接光電耦合輸入到單片機的外部中斷口。
本實用新型的進一步改進是采用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接觸電阻，隔離放大器的使用還可以有效隔離被測信號端的干擾，保證CPU的正常工作。
儀器特點1、測量觸點響應時間采用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。2、測試通道和系統采用全隔離設計，避免測試線接錯情況下損壞系統。3、系統采用雙看門狗技術(單片機系統內部看門狗和上位機對下位機遠程自動復位)，大大提高系統可靠性。4、測試速度快，30秒鐘完成一個繼電器的所有參數測試。
由本方案技術設計的繼電器快速自動測試儀，通過實際使用有下列優點制作成本低、使用方便、測試速度快、測試精度高、儀器可靠性高、對被測繼電器無任何損害，大大提高了繼電器測試生產效率。繼電器快速自動測試儀由微機控制，可對各種普通電磁繼電器(直流或交流)和延時電磁繼電器(直流或交流)的觸點接觸電阻測量(分辨率1m歐，量程0～1歐)、觸點響應時間測量(普通繼電器分辨率1mS，量程0～2秒。延時繼電器分辨率0.1S，量程0～200秒)、觸點類型測量(常開或常閉)、觸點吸合次序測量和觸點吸合釋放電壓測量，最多可同時測量15對繼電器觸點并對數據進行判斷、存儲、顯示、打印和管理。
四
圖1為本實用新型繼電器測試儀的系統框圖圖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同步信號用以確定交流勵磁電壓施加的時刻。
圖5b為同一交流繼電器在不同時間施加交流勵磁的波形圖6為A/D轉換電路圖圖7為隔離放大電路圖五具體實施方式
系統由上位機和下位機系統組成。上位機的應用軟件負責對被測數據進行判斷、存儲、顯示、打印和管理。上位機與下位機通信方式為RS232C串行通信。下位機主要由89C51單片機、16通道隔離放大模塊、勵磁電源及控制模塊、測試電源及控制模塊，電源電壓過零同步信號攝取電路組成。
1、單片機系統
1.1、存儲器本系統選用89C51單片機，它內部有4K字節flashROM、256byte RAM。選用電擦除可編程只讀存儲器EEPROM 24C01A作輔助存儲器，用以保存矯正參數，它能在應用系統中進行在線改寫，并能在斷電情況下保存數據而不需備用電源，另外，它為串行讀寫方式，只占用單片機2個I/O口。系統選用6264作為數據存儲器。
1.2、串行通信電路89C51和計算機的數據通信采用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、模擬開關及A/D芯片的選擇為達到設計要求，模擬開關選用性能較好16通道CMOS模擬多路轉換器AD7506。A/D選用12bit逐次比較型A/D轉換器AD1674，它內含采樣保持器，轉換時間為10uS。1674接成雙極性轉換方式，因為AD1674工作在單一工作模式發出轉換命令準確、捕捉誤差很小、不需擴充數據總線，12位數據分兩次讀出，所以將AD1674設定在單一的工作模式。
1、4WatchDog設計中還采用555振蕩電路及74LS123單穩態觸發器，構成了一個簡易的看門狗電路，使系統具有自恢復功能。即使系統受到干擾后程序跑飛，看門狗電路可使單片機復位，系統自動恢復。也可使用單片看門狗電路MA813L。
1、5系統WatchDog本實用新型為了在單片機系統“死機”的情況下實現系統自救，利用計算機串行通信口制作了一個系統WatchDog，如圖因為本系統串行通訊只使用了接收、發送、地線三根線，計算機端的請求發送和允許發送短接、數傳機準備好和數據終端準備好短接，現利用串行口的數據終端準備好線(平時為高電平)連接一個10K限流電阻和一個PNP三極管，三極管的集電極與89C51的復位端相連，三極管的發射極與電源+5V相連。當計算機認為單片機系統已“死機”的情況下計算機程序自動運行如下指令(假設系統接在計算機串行口二)Outportb(0x2fc，0)；delay(10)；Outportb(0x2fc，1)；相當與通過軟件產生了一個寬度為10mS的低電平脈沖，此脈沖經三極管后變為一個寬度為10mS的高電平脈沖，足以復位單片機。
1、6單片機系統工作電源電源電路是引入強干擾的主要通路，瞬間強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系統。所以，我們在設計中選用集成開關電源作為單片機系統的5伏和正負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1安培電流的24VAC觸點接觸電阻測試電源，測試繼電器觸點接觸電阻的同時采集此電壓，然后進行運算，以消除測試電壓波動對測量結果的影響。
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接觸電阻，隔離放大器的使用還可以有效隔離被測信號端的干擾，保證CPU的正常工作。
3、勵磁電源、測試電源及控制模塊根據本系統的設計要求，提供電磁繼電器線圈的勵磁電源有直流(0~110V(電流500mA))和交流(0~220V(電流1A))，測試電源有交流24V(經24歐標準電阻限流得到1A電流源用于測量接觸電阻)和直流0.24V穩壓電源(用于測量響應時間，因為根據設計要求，繼電器觸點帶電動作時流過觸點的最大電流不能超過10mA，0.24V電源經24歐標準電阻限流后最大電流不超過10mA)，交直流勵磁電源切換和大小調節由手動控制，交直流勵磁電源和測試電源的加電和斷開由單片機I/O口經光電耦合驅動交流或直流固態繼電器來完成。
4、電源電壓過零同步信號攝取電路。
同步攝取電路從電網電壓的交流取出其過零時刻的同步電壓信號，它是由變壓器次級引出交流電壓，經電阻限流和穩壓二機管嵌位，送至運算放大器的輸入端。運放處于開環的狀態，其工作電源為+5V，所以其輸出為正飽和值與負飽和值之間，再由二極管箝掉負向脈沖，使其輸出在0-5V之間，再經光電耦合輸入到單片機的外部中斷口。如圖5所示。此同步信號用以確定交流勵磁電壓施加的時刻。
電源電壓過零同步信號攝取對正確測試交流繼電器響應時間有重要影響。下圖為同一交流繼電器在不同時間施加交流勵磁的波形在t1和t2時刻施加，都是在t3時刻吸合，不能得到正確的響應時間。本儀器將施加勵磁時刻取在電壓過零點時刻。
本實用新型工作原理以完成一次自動測試普通電磁繼電器為例，操作者先連接好被測繼電器，選擇和調節好勵磁電源。
1、觸點數量和類型測量測試儀先判斷繼電器觸點類型和被測觸點數量，首先單片機控制測試電源給各個觸點加直流0.24V測試電源，讀取每個采樣通道的電壓狀態，再控制加勵磁電源，2秒后再次讀取每個采樣通道的電壓狀態。與第一次讀取的狀態比較，如果前后狀態沒有變化，則此通道無觸點。如果前面是高電壓狀態而加勵磁電源后得到的是低電壓狀態，則判斷此觸點為常開觸點，反之為常閉觸點。同時觸點數量也得到了。
2、觸點響應時間測量和接觸電阻測量測試儀得到了被測繼電器觸點數量和觸點類型以及每一個觸點對應的采樣通道號，為快速測量觸點響應時間和接觸電阻測量做好了準備。
單片機控制測試電源給被測繼電器觸點加24VAC電源，測試常閉觸點的接觸電阻，然后斷開24VAC電源，再給繼電器觸點加0.24VDC電源，然后給繼電器的勵磁線圈加電(如果是交流電磁繼電器則需等電源電壓同步信號到達后才加電)，同時開始記時，如有觸點完成動作則記下此觸點的響應時間，判斷所有被測觸點是否已經完成動作，若完成，則可以斷開0.24VDC測試電源，再加載24VAC測試電源，測試常開觸點的接觸電阻，完成后斷開所有測試電源和勵磁電源，最后單片機將經過初步處理的數據發送給PC機，這樣就完成了一次測試過程，整個測試過程耗時不到一秒鐘。
軟件設計1、下位機軟件系統軟件主要由主程序、中斷服務程序和子程序等組成。軟件采用模塊化程序設計，包括通訊模塊、中斷處理模塊、A/D轉換模塊、數據處理模塊和控制模塊等。各模塊源程序用符合ANSI標準的C語言編寫，然后由Franklin C51編譯器生成一個可重新定位的目標文件。再將目標文件固化入89C51中的ROM中即可。
3、上位機軟件上位機軟件在windows環境下，采用Delphi語言編寫，實現全漢化用戶界面。程序由輸入模塊，參數設定、測試模塊、比較模塊、系統自檢模塊、各種統計報表模塊和幫助等模塊組成。具有界面友好、操作簡便、功能強大等特點。
圖6A/D轉換電路圖中從模擬經AD1674轉換至數字由CPU接收。
權利要求1.一種繼電器快速自動測試儀，其特征是由微處理器、多通道隔離放大模塊、勵磁電源及控制電路、測試電源及控制電路，電源電壓過零同步信號攝取電路組成，隔離放大模塊連接繼電器觸點的測量輸入通道，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電流的觸點接觸電阻測試電源，測試繼電器觸點接觸電阻的同時采集此電壓，然后連接微處理器輸入端，提供電磁繼電器線圈的勵磁電源，有直流和交流勵磁電源，由微處理器的I/O口經光電耦合驅動交流或直流固態繼電器輸出交直流勵磁電源和測試電源的加電和斷開。
2.由權利要求1所述的繼電器快速自動測試儀，其特征是設有電源電壓過零同步信號攝取電路，同步攝取電路從電網電壓的交流取出其過零時刻的同步電壓信號，它是由變壓器次級接出交流電壓，經電阻限流和穩壓二機管嵌位，送至運算放大器的輸入端，運放電路是開環電路，其輸出為正飽和值與負飽和值之間，其輸出接二極管，箝掉負向脈沖，再連接光電耦合輸入到單片機的外部中斷口。
3.由權利要求1所述的繼電器快速自動測試儀，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接觸電阻。
專利摘要一種繼電器快速自動測試儀，由微處理器、多通道隔離放大模塊、勵磁電源及控制電路、測試電源及控制電路，電源電壓過零同步信號攝取電路組成，隔離放大模塊連接繼電器觸點的測量輸入通道，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電流的觸點接觸電阻測試電源，測試繼電器觸點接觸電阻的同時采集此電壓，然后連接微處理器輸入端，提供電磁繼電器線圈的勵磁電源，有直流和交流勵磁電源，由微處理器的I/O口經光電耦合驅動交流或直流固態繼電器輸出交直流勵磁電源。本實用新型制作成本低、使用方便、測試速度快、測試精度高、儀器可靠性高、對被測繼電器無任何損害，大大提高了繼電器測試生產效率。
文檔編號G01R31/00GK2620283SQ0322243
公開日2004年6月9日 申請日期2003年6月3日 優先權日2003年6月3日
發明者潘紅兵, 張駿, 劉先昆, 紀圣謀, 徐健健 申請人:南京大學