基于PIC單片機(jī)的數(shù)字式絕緣電阻測試儀的設(shè)計(jì)

1、本欄目責(zé)任編輯:賈薇薇計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)Computer Knowledge and Technology 電腦知識與技術(shù)第5卷第36期(2009年12月基于PIC 單片機(jī)的數(shù)字式絕緣電阻測試儀的設(shè)計(jì)崔俊濤(蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅蘭州730000摘要:提出了一種基于PIC 單片機(jī)絕緣電阻綜合參數(shù)測試儀的設(shè)計(jì)方案。采用PIC16F877為控制芯片,結(jié)合經(jīng)典的檢流計(jì)法,實(shí)現(xiàn)了對絕緣電阻的極化指數(shù)、吸收比及電阻值的自動(dòng)測量,測試數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)記錄并通過LCD 顯示或微型打印機(jī)打印。通過該系統(tǒng)的開發(fā),可以更大程度的提高絕緣電阻測量的自動(dòng)化水平。關(guān)鍵詞:PIC ;絕緣電阻;數(shù)字式中圖分類號:TP33

2、8文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-3044(200936-10452-02The Design of Digital Insulation Resistance Tester Based on PIC MicrocontrollerCUI Jun-tao(Resources and Environment,Lanzhou Institute of Vocational Technology,Lanzhou 730000,ChinaAbstract:This passage presents a design of general parameters for insulation resi

3、stance tester based on PIC microcontroller.Combining the classic galvanometer method,and using PIC16F877,Realize the polarization of the insulation resistance index,absorption ratio and auto -matic measurement of resistance.Real-time test data can be recorded and LCD display or through the mini-prin

4、ter.Through the system development,automation of insulation resistance measurement can be improved.Key words:PIC microcontroller;insulation resistance;digital絕緣電阻的測量是我國計(jì)量法規(guī)定的安全檢測項(xiàng)目的強(qiáng)檢項(xiàng)目1。絕緣電阻測試儀俗稱兆歐表,是測量絕緣電阻的專用儀器,傳統(tǒng)的兆歐表(搖表因其存在操作復(fù)雜、精度低、量程范圍小、體積笨重等缺陷2,逐漸被淘汰,而德國、美國、日本等國家的升級產(chǎn)品價(jià)格昂貴,不符合我國現(xiàn)階段國情。數(shù)字式絕緣電阻測試儀有

5、效的克服的了傳統(tǒng)兆歐表的缺陷,有廣闊的市場前景。這里介紹一種基于PIC 單片機(jī)的數(shù)字式絕緣電阻測試儀的設(shè)計(jì),并對各個(gè)功能模塊作了詳細(xì)介紹。1測試方法與原理 本設(shè)計(jì)采用采用恒壓法與檢流計(jì)法相結(jié)合的測試方法,其優(yōu)點(diǎn)在于即使測試電壓存在一定的偏差或者測試過程中產(chǎn)生波動(dòng),其測試結(jié)果并不會(huì)受到影響,因此降低了對測試電壓精度的要求,同時(shí)也降低了設(shè)計(jì)成本。圖1為其測試原理圖。圖中,設(shè)高壓產(chǎn)生電路輸出電壓為HV ,CH1為標(biāo)準(zhǔn)回路的電壓采集通道,CH2為測試通道的電壓采集通道,R1和R2是分壓電阻,R3為采樣電阻,RX 為被測試品,設(shè)CH1通道電壓對應(yīng)的數(shù)字量為DATA1,CH2為DATA2,則通過計(jì)算最后得

6、到RX 的值的計(jì)算公式為:(1由(1式可以看出,RX 的值與測試電壓無關(guān),只要能適當(dāng)?shù)倪x取R1、R2及R3的值就可以準(zhǔn)確 的得到被測試品RX 的值。2系統(tǒng)概述基于上述測試原理,本文提出了基于PIC16F877的數(shù)字式絕緣電阻測試儀的設(shè)計(jì)方案。該數(shù)字式絕緣電阻測試儀主要由高壓發(fā)生模塊、采樣電 路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、電源電路、單片機(jī)系統(tǒng)電路、LCD 以及微型打印機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等組成。系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。本系統(tǒng)由+12V 蓄電池提高電源,可通過充電電路對其充電,由于單片機(jī)內(nèi)部集成了一個(gè)10位A/D 轉(zhuǎn)換模塊,所以可實(shí)時(shí)的對供電電壓經(jīng)過監(jiān)控,并在LCD 上顯示是否欠壓。利用脈沖變壓器及倍壓電路產(chǎn)生恒定

7、的直流高壓作為測試電壓源,由外部按鍵控制單片機(jī)輸出PWM 的占空比,從而獲得不同的電壓等級,將此電源施加于被測試品和標(biāo)準(zhǔn)回路;電源分壓信號和被測試品取樣信號經(jīng)濾波電路接到A/D ,經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果送到單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算,結(jié)果送LCD 顯示或微型打印機(jī)打印,也可存儲(chǔ)于單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM ,以備查詢。3系統(tǒng)的硬件組成3.1直流高壓電源電路測試所需的高壓電源由脈沖變壓器及倍壓電路產(chǎn)生3,通過單片機(jī)輸出PWM 來控制輸出電壓。電路原理如圖3所示。收稿日期:2009-09-26作者簡介:崔俊濤(1982-,男,天津人,蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院,助教。圖1測試原理圖圖2系統(tǒng)原理框圖ISSN 1009

8、-3044Computer Knowledge and Technology 電腦知識與技術(shù)Vol.5,No.36,December 2009,pp.10452-10453E-mail:kfyj Tel:+86-551-5690963569096410452 計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)本欄目責(zé)任編輯:賈薇薇Computer Knowledge and Technology電腦知識與技術(shù)第5卷第36期(2009年12月工作原理:12V直流電源經(jīng)三極管BUT11A,在脈沖變壓器原邊形成交變電壓,通過脈沖變壓器進(jìn)行升壓,然后通過由C1、D1、C2、D2等組成的倍壓電路再進(jìn)行升壓和整流,單片機(jī)輸出占空比可調(diào)的

9、PWM波,通過改變此占空比,達(dá)到改變輸出直流電壓的目的,在本系統(tǒng)中可設(shè)定為固定電壓輸出,也可步進(jìn)電壓增益輸出。3.2信號調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換電路經(jīng)過采樣電路的信號不能直接送A/D轉(zhuǎn)換電路,必須要進(jìn)行信號的調(diào)理,這里主要指信號放大和濾波。為此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于OP07的有源放大電路和型濾波電路。經(jīng)過調(diào)理后的信號送A/D轉(zhuǎn)換電路,具體電路圖如圖3所示。A/D轉(zhuǎn)換器件選用ADI公司的AD7705,這是一款16位的AD轉(zhuǎn)換器,雙通道同步采樣,非常適合測量低頻微小模擬信號,這款器件帶有自增益可編程放大器,可以通過軟件編程來直接測量傳感器輸出的微小信號。AD7705具有分辨率高、動(dòng)態(tài)范圍廣、自校準(zhǔn)等特點(diǎn),因而非

10、常適合用在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)AD7705能夠測量的最小電壓可達(dá)到1,所以從采樣電阻采集的小信號可以直接送到AD,它的這種特性避免了在測量回路過多的設(shè)計(jì)采樣電阻;AD7705具有獨(dú)立的時(shí)鐘信號,可以通過外接晶振來實(shí)現(xiàn),在這里我們選擇2.4596MHz,它能有效的避開工頻的干擾;實(shí)踐證明,這款A(yù)/D非線性失真低,抗干擾能力較強(qiáng),能對微小信號有效的測量。3.3電源模塊及監(jiān)控考慮到儀器的便攜性,采用12V蓄電池為本系統(tǒng)供電,由于單片機(jī)系統(tǒng)及其他外圍器件選用5V供電,所以,在這里我們選擇了DELUS公司的DC/DC模塊來完成+12V變+5V和-5V,具體型號為B1205S-2W,這款DC/

11、DC模塊能保證即使在輸入為+10V+14V 時(shí),輸出仍能保持在+5V,保證了單片機(jī)能在系統(tǒng)欠壓的情況下正常工作,而且最大的優(yōu)點(diǎn)是DC/DC模塊功耗低,這樣就避免了電源自身的功耗,延遲了系統(tǒng)的工作時(shí)間。對系統(tǒng)的電源的監(jiān)控,設(shè)計(jì)了基于LM311的比較器電路,單片機(jī)可實(shí)時(shí)查詢比較器輸出,如果欠壓可在LCD上顯示,提醒充電,充電完成后提醒解除。原理圖如圖5所示。3.4LCD顯示及微型打印機(jī)電路LCD顯示器選擇型號為LCM12864,是帶國際中文字庫圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊,可顯示四行,沒行可顯示八個(gè)漢字,電源操作范圍寬(2.75.5V,低功耗設(shè)計(jì)可滿足本系統(tǒng)省電的要求,同時(shí)與單片機(jī)的接口比較靈活(三種模式

12、:并行8位/4位,串行3線/2線,具體接線圖可參考其數(shù)據(jù)手冊。打印機(jī)選擇型號為SP-1201,此款打印機(jī)具有打印16*16,24*24點(diǎn)陣漢字,以及大量的數(shù)學(xué)符號,專用符號,圖形,曲線,可通過命令更換打印字行數(shù)和字符大小,可以自定義部分代碼字符,具有自檢測功能。打印機(jī)與單片機(jī)接口采用通過通用異步串行口(UART,電平轉(zhuǎn)換使用MAX232,這樣避免了并行接口對單片機(jī)I/O的要求,在程序設(shè)計(jì)時(shí)更加靈活。電路原理圖如圖6所示。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們對功率為5.5KW的三相交流電機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),使用不同的電壓檔對同一被測試品測量,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:從以上數(shù)據(jù)可以看出,測量系統(tǒng)在不同的電壓等級和相對濕度下,表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和重復(fù)性。5結(jié)束語該系統(tǒng)充分利用了PIC單片機(jī)的低功耗,高集成度,優(yōu)良的抗干擾能力,使設(shè)計(jì)出的這款儀器具有低功耗,小體積,利于便攜等特點(diǎn)。儀器可在無人職守的情況下,實(shí)現(xiàn)連續(xù)測量。目前,此款產(chǎn)品已經(jīng)研發(fā)成功,各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均符合