断路器接触电阻测量仪-延志辉

1、单片机课程设计山东科技大学信息与电气工程学院电气工程及其自动化 断路器接触电阻测量仪一、 断路器接触电阻测量仪总体框图电信号放大器A/D模数转换89C52单片机LCD液晶显示打印机数据传输二、断路器接触电阻测量原理1、断路器导电回路的电阻主要取决于断路器的动、静触头间的接触电阻，接触电阻又由收缩电阻和表面电阻两部分组成。2、接触电阻的存在，增加了导体在通电时的损耗，使接触处的温 度升高，其值的大小直接影响正常工作时的载流能力，在一定程度上影响短路电流的切断能力。3、在实际应用中，测量电气开关 (断路器) 的接触电阻回路电阻的测试仪表中常见的是微欧仪。断路器导电回路电阻的测量是在断路器处于合闸状

2、态下进行的，是采用直流电压降法进行测量。常见的测量方式有电压降法 (电流、电压表法)和微欧仪法。电压降法：在被测回路中，通以直流电流时，在 回路接触电阻上将产生电压降，测出通过回路的 电流值以及被测回路上的电压降，根据欧姆定律 计算出接触电阻。由于电阻很小，用一般的万用 表测量电压和电流的误差大、精度较小，得到的 结果不准确，所以不使用这种方法 电压降法 微欧仪法：而微欧仪的工作原理仍是电压降法。通常将交流220V电压整流后，通过开关电路转换为高频电流，最后再整定为100A的恒定直流，用作测量电源。测量时，微欧仪内的标准电阻Rf与被测回路电阻Rd串联，则有I=Ud/Rd=Uf/Rf，所以Rd=

3、(Ud/Uf)*Rf。从Rd=(Ud/Uf)*Rf中可知被测回路电阻阻值与电流无关，所以在电路中通过的电流即使稍有偏差，也不会对测量结果产生影响。每次测试，合上微欧仪电源，按下测试按钮，便可将被测回路电阻(接触电阻)自动测出，并显示结果。在测试过程中不需调节电流。 微欧仪法三、提高测量精度的措施1.克服测量引线电阻的影响对于微电阻的精密测量，测量引线电阻的影响是不容忽视的，必须采取有效措施加以克服。为达此目的，采用了四端子的引线方式，四端子引线示意图中Rx是被测电阻，R1-R4是引线电阻(包括接触电阻)，AP是仪用放大器，恒流源的输出电流Ic经R1、R2加在Rx上。电流恒定时，R1、R2的大小

4、对于Rx上的电压降没有影响。由于AP的输入阻抗高达50M欧姆，因此完全可以认为流经AP的电流Iv=0，而且AP的输入电压即为Rx两端电压，这样就克服R3、R4的影响。当增益为1时，AP的输出电压Vs等于Rx两端电压。 测试电流较大，为100A，因此，电流的测量可采用分流器或电流互感器。机内标准电阻R;可采用分流器。分流器是一个小电阻。一般分流器有四个接线端钮，其中两个大的叫电流端钮，与被测电路串联，另两个小的叫电压端钮，用专用导线与测量机构相连接。分流器的规格用通过它的最大电流和相应的电压降来表示。如300A、75mv的分流器。只要测量分流器的电压降便可得知电路中的电流。一般分流器的额定电压降

5、是75mV或45mV。2.减小工频信号产生的电磁干扰对测量精度的影响对于工频信号可能产生的电磁干扰对测量精度的影响，在硬件上采用了电池供电方案和工频滤波电路，在软件上采用了多次数据采样和数字滤波，滤除干扰后取平均值的方法。3.减小环境温度变落沙寸测量精度的影响对于环境温度变化而引起的系统性能的变化，一方面，在元件选用上予以考虑，如程控运放环节的分压电阻采用精度为0.01 %、温度系数为15ppm(1.5 x 10-5)的精密电阻，放大器采用了低温漂、低失调电压的器件，放大器AD642；另一方面调节程控运放的放大倍数，使电压、电流信号的幅值尽量接近于A/D转换器的满量程范围，以减小量化误差。A/

6、D转换器TLC2543同时测量电压、电流，计算出绕组的电阻。4.恒流源的电流脉动的影响由于被测触头结构为纵向磁场触头时，触头上增加了轮状线圈。因此，被测触头是感性元件。流过电流的微小变化都将产生较大的感应电势，从而影响测量精度。对此影响，主要通过改善恒流控制环节的性能采用PI、PD控制予以消除。四、抗干扰设计部分1.地线设计应主要考虑以下几点：数据地和模拟地分开，特别加大线性电路的接地面积；接地线尽量加粗，一般应在2.5mm以上；各印刷板的接地线皆构成环路；每个印刷板的接地线之间用粗导线连接。2.电源线布置尽量加粗电源线，设计时一般为2mm左右(最小为lmm)。并采用使电源线、地线的走向于数据

7、传递一致，这样有助于增加仪器的抗噪声能力。3.其他抗干扰措施配置去祸电容:在各芯片的电源端与地线端之间直接跨接一个0.01uF的去藕电容。CMOS电路中不使用的输入引脚应接地，否则会引起逻辑电平的不正常，易接受外界干扰产生的误动作。五、系统硬件部分1.CPU的选择P89C51/89C52/89C54/89C58含有非易失FLASH，并行可编程的程序存储器，所有器件都是通过引导装载器串行编程（ISP），2种系列单片机采先进CMOS工艺的单片8位微控制器是80C51微控制器系列的派生。和80C51指令相同。其特点为： 80C51中心处理单元 片内FLASH程序存储器 速度可达33MHz 全静态操作

8、RAM可扩展到64K字节4级中断6个中断源1个8位I/O口全双工增强型UART帧数据错误检测自动地址识别电源控制模式时钟的停止和恢复空闲模式掉电模式可编程时钟输出双DPTR寄存器低EMI (禁止ALE)3个16位定时器外部中断可以从掉电模式中唤醒2.放大芯片AD642JH 功能说明：待放大的输入电压里面含有噪声和其他干扰因素，必须经过隔离滤波以后才能输送到下一级放大电路进行有效的放大， 此处由芯片AD642及其辅助电路构成运算放大电路电路，提高了输入阻抗，对小信号进行放大，并完成电路隔离和阻抗变换。AD642JH3.A/D转换芯片TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次

9、逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源；且价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。TLC2543的特点（1）12位分辩率A/D转换器；（2）在工作温度范围内10s转换时间；（3）11个模拟输入通道；（4）3路内置自测试方式；（5）采样率为66kbps；（6）线性误差±1LSBmax；（7）有转换结束输出EOC；（8）具有单、双极性输出；（9）可编程的MSB或LSB前导；（10）可编程输出数据长度。TLC2543的引脚排列及说明TLC2543有两种封装形式：DB、DW或N封装以及FN封装，这两种封装的引脚排列如下图，引脚说明见下

10、表。 TLC2543的封装 图中AIN0-AIN10为模拟输入端；CS为片选端；DIN为串行数据输入端；DOUT为 A/D转换结果的三态串行输出端；EOC为转换结束端；CLK为 I/O时钟；REF+为正基准电压端；REF-为负基准电压端；VCC为电源 ；GND为地。TLC2543引脚说明4.液晶显示屏LCD下面是LCD1602与51单片机的接口电路引脚功能说明 1602LCD 采用标准的 14脚（无背光）或 16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下表所示: 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示

11、偏压 11 D4 数据 4 RS 数据/命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读/写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源负极 5.数据传输RS232RS232引脚定义：1 载波检测 （DCD） 2 接收数据 （RXD） 3 发送数据（TXD）4 数据终端准备好 （DTR） 5 信号地 （GND） 6 数据准备好 （DSR）7 发送请求 （RTS） 8 发送清除 （CTS） 9 振铃指示 （RI）MAX232芯片MAX232是一种把电脑的串行口RS232信号电平（-10 ，+10v）转换为单片

12、机所用到的TTL信号点平（0 ，+5）的芯片。MAX232引脚图RS232与MAX232和51单片机接口电路6.RD-D打印机RD-D的封装RD-D打印机的引脚功能注：“入”表示输入到打印机，“出”表示从打印机输出。信号的逻辑电平为TTL电平。7.运算放大部分1.放大器接触电阻的计算过程U1=(1+Rf2/R8)Ux U2=(1+Rf4/R14)Ua Rf2=600 R8=20 Rf4=1000 R14=20 Ua=(1+Rf4/R14)*(1+Rf2/R8)Ux=(1+600/20)*(1+1000/20)Ux=1581Ux Ia=I*Rf3/R3=I*(100/10000)=I/100 R

13、x=Ux/Ix=(Ua/1581)/(100*Ia)=Ua/(Ia*158100)2.分流器分流器采用0.00035欧姆的电阻，然后经过差分放大电路100倍的放大将电压信号传送至A/D转换器的一个输入端。8.A/D转换器与51单片机的接口电路1. 控制字的格式 控制字为从DATE INPUT端串行输入的8bit数据，它规定了TLC2543要转换的模拟量通道、转换后的输出数据长度以及输出数据的格式其中高4bit(D7D4)决定通道号，对于O通道至 lO通道，该4bit为0000-1010H，当为101l-l101时,用于对TLC2543的自检,分别测试V(+)+V(-) /2、V(+)、V(-)

14、的值，当为 lllO时，TLC2543进入休眠状态。低4bit决定输出数据长度及格式，其中D3、D2决定输出数据长度，Ol表示输出数据长度为8bit，l1表示输出数据长度为 l6bit，其他为 l2bitDl决定输出数据是高位先送出，还是低位先送出，为0表示高位先送出。DO决定输出数据是单极性(二进制)还是双极性(2的补码)，若为单极性，该位为O，反之为1。2.转换过程上电后，片选CS必须从高到低，才能开始一次工作周期，此时EOC为高，输人数据寄存器被置为O，输出数据寄存器的内容是随机的。开始时，片选CS为高，I/0CLOCK、DATA INPUT被禁止，DATA OUT呈高阻状态，EOC为高

15、。使CS变低，I/OCLOCK、DATAINPUT使能，DATA OUT脱离高阻状态12个时钟信号从I/OCLOCK端依次加入，随着时钟信号的加入，控制字从 DATAINPUT一位一位地在时钟信号的上升沿时被送入TLC2543(高位先送入)，同时上一周期转换的A/D数据，即输出数据寄存器中的数据从DATA OUT一位一位地移出。TLC2543收到第4个时钟信号后，通道号也已收到，此时TLC2543开始对选定通道的模拟量进行采样，并保持到第12个时钟的下降沿。在第l2个时钟下降沿，EOC变低，开始对本次采样的模拟量进行 A/D转换，转换时间约需10uF。转换完成后EOC变高，转换的数据在输出数据

16、寄存器中，待下一个工作周期输出。此后，可以进行新的工作周期。对TLC2543的操作，关键是理清接口时序图和寄存器的使用方式。3.TLC2543与 89C51单片机的接 口示意图与程序89C51单片机没有 SPI接口，为了与 TLC2543接口可以用软件功能来实现 SPI接口，其硬件接口如上图所示单片机通过编程产生串行时钟，即由CLK先高后低的转变提供串行时钟；并按时序发送与接收数据位，完成通道方式/通道数据的写入和转换结果的读出；用累加器和带进位的左循环移位指令来合成 SPI功能；R2暂存高8bit，R3暂存低4bit。本程序选择 l2bit输 出数据长度，高位导前。TLC2543在每次 I/

17、O周期读取的数据都是上次转移的结果，当前的转换结果在下一个I/O周期中被串行移出。第一次读数由内部调整，读取的转换结果可能不准确，应丢弃。9.综合电路原理图五、系统软件部分1.A/D转换器流程图2.A/D转换软件实现/从TLC2543读取采样值，形参port是采样的通道号，根据TLC2543的时序图编程unsigned int read2543(uchar port)unsigned int data ad;unsigned int data i;unsigned char data al=0,ah=0;_CS=0;EOC=1;CLOCK=0;Port<<=4; /左移4位for (i=0;i<8;i+) /输入通道号一port D_IN=(bit)(port&0x80); CLOCK=1; CLOCK=0; port<<=1;for (i=0;i<4;i+) /填充4个CLOCKCLOCK=1;CLOCK=0;_nop_();_nop_();while(!EOC) /等待A/DC转换结束_nop_();_nop_();for (i=O;i<4;i+)/取D11-D8D_ OUT=1; /在单片机中，要从