基于PIC单片机的数字式绝缘电阻测试仪的设计

1、本栏目责任编辑:贾薇薇计算机工程应用技术Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第5卷第36期(2009年12月基于PIC 单片机的数字式绝缘电阻测试仪的设计崔俊涛(兰州资源环境职业技术学院,甘肃兰州730000摘要:提出了一种基于PIC 单片机绝缘电阻综合参数测试仪的设计方案。采用PIC16F877为控制芯片,结合经典的检流计法,实现了对绝缘电阻的极化指数、吸收比及电阻值的自动测量,测试数据可实时记录并通过LCD 显示或微型打印机打印。通过该系统的开发,可以更大程度的提高绝缘电阻测量的自动化水平。关键词:PIC ;绝缘电阻;数字式中图分类号:TP33

2、8文献标识码:A 文章编号: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绝缘电阻的测量是我国计量法规定的安全检测项目的强检项目1。绝缘电阻测试仪俗称兆欧表,是测量绝缘电阻的专用仪器,传统的兆欧表(摇表因其存在操作复杂、精度低、量程范围小、体积笨重等缺陷2,逐渐被淘汰,而德国、美国、日本等国家的升级产品价格昂贵,不符合我国现阶段国情。数字式绝缘电阻测试仪有

5、效的克服的了传统兆欧表的缺陷,有广阔的市场前景。这里介绍一种基于PIC 单片机的数字式绝缘电阻测试仪的设计,并对各个功能模块作了详细介绍。1测试方法与原理 本设计采用采用恒压法与检流计法相结合的测试方法,其优点在于即使测试电压存在一定的偏差或者测试过程中产生波动,其测试结果并不会受到影响,因此降低了对测试电压精度的要求,同时也降低了设计成本。图1为其测试原理图。图中,设高压产生电路输出电压为HV ,CH1为标准回路的电压采集通道,CH2为测试通道的电压采集通道,R1和R2是分压电阻,R3为采样电阻,RX 为被测试品,设CH1通道电压对应的数字量为DATA1,CH2为DATA2,则通过计算最后得

6、到RX 的值的计算公式为:(1由(1式可以看出,RX 的值与测试电压无关,只要能适当的选取R1、R2及R3的值就可以准确 的得到被测试品RX 的值。2系统概述基于上述测试原理,本文提出了基于PIC16F877的数字式绝缘电阻测试仪的设计方案。该数字式绝缘电阻测试仪主要由高压发生模块、采样电 路、A/D 转换电路、电源电路、单片机系统电路、LCD 以及微型打印机驱动电路等组成。系统原理框图如图2所示。本系统由+12V 蓄电池提高电源,可通过充电电路对其充电,由于单片机内部集成了一个10位A/D 转换模块,所以可实时的对供电电压经过监控,并在LCD 上显示是否欠压。利用脉冲变压器及倍压电路产生恒定

7、的直流高压作为测试电压源,由外部按键控制单片机输出PWM 的占空比,从而获得不同的电压等级,将此电源施加于被测试品和标准回路;电源分压信号和被测试品取样信号经滤波电路接到A/D ,经A/D 转换的结果送到单片机进行运算,结果送LCD 显示或微型打印机打印,也可存储于单片机内部的EEPROM ,以备查询。3系统的硬件组成3.1直流高压电源电路测试所需的高压电源由脉冲变压器及倍压电路产生3,通过单片机输出PWM 来控制输出电压。电路原理如图3所示。收稿日期:2009-09-26作者简介:崔俊涛(1982-,男,天津人,兰州资源环境职业技术学院,助教。图1测试原理图图2系统原理框图ISSN 1009

8、-3044Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术Vol.5,No.36,December 2009,pp.10452-10453E-mail:kfyj Tel:+86-551-5690963569096410452 计算机工程应用技术本栏目责任编辑:贾薇薇Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第5卷第36期(2009年12月工作原理:12V直流电源经三极管BUT11A,在脉冲变压器原边形成交变电压,通过脉冲变压器进行升压,然后通过由C1、D1、C2、D2等组成的倍压电路再进行升压和整流,单片机输出占空比可调的

9、PWM波,通过改变此占空比,达到改变输出直流电压的目的,在本系统中可设定为固定电压输出,也可步进电压增益输出。3.2信号调理与A/D转换电路经过采样电路的信号不能直接送A/D转换电路,必须要进行信号的调理,这里主要指信号放大和滤波。为此本系统设计了基于OP07的有源放大电路和型滤波电路。经过调理后的信号送A/D转换电路,具体电路图如图3所示。A/D转换器件选用ADI公司的AD7705,这是一款16位的AD转换器,双通道同步采样,非常适合测量低频微小模拟信号,这款器件带有自增益可编程放大器,可以通过软件编程来直接测量传感器输出的微小信号。AD7705具有分辨率高、动态范围广、自校准等特点,因而非

10、常适合用在本系统的设计中。经过实验我们发现AD7705能够测量的最小电压可达到1,所以从采样电阻采集的小信号可以直接送到AD,它的这种特性避免了在测量回路过多的设计采样电阻;AD7705具有独立的时钟信号,可以通过外接晶振来实现,在这里我们选择2.4596MHz,它能有效的避开工频的干扰;实践证明,这款A/D非线性失真低,抗干扰能力较强,能对微小信号有效的测量。3.3电源模块及监控考虑到仪器的便携性,采用12V蓄电池为本系统供电,由于单片机系统及其他外围器件选用5V供电,所以,在这里我们选择了DELUS公司的DC/DC模块来完成+12V变+5V和-5V,具体型号为B1205S-2W,这款DC/

11、DC模块能保证即使在输入为+10V+14V 时,输出仍能保持在+5V,保证了单片机能在系统欠压的情况下正常工作,而且最大的优点是DC/DC模块功耗低,这样就避免了电源自身的功耗,延迟了系统的工作时间。对系统的电源的监控,设计了基于LM311的比较器电路,单片机可实时查询比较器输出,如果欠压可在LCD上显示,提醒充电,充电完成后提醒解除。原理图如图5所示。3.4LCD显示及微型打印机电路LCD显示器选择型号为LCM12864,是带国际中文字库图形点阵液晶显示模块,可显示四行,没行可显示八个汉字,电源操作范围宽(2.75.5V,低功耗设计可满足本系统省电的要求,同时与单片机的接口比较灵活(三种模式

12、:并行8位/4位,串行3线/2线,具体接线图可参考其数据手册。打印机选择型号为SP-1201,此款打印机具有打印16*16,24*24点阵汉字,以及大量的数学符号,专用符号,图形,曲线,可通过命令更换打印字行数和字符大小,可以自定义部分代码字符,具有自检测功能。打印机与单片机接口采用通过通用异步串行口(UART,电平转换使用MAX232,这样避免了并行接口对单片机I/O的要求,在程序设计时更加灵活。电路原理图如图6所示。4实验结果我们对功率为5.5KW的三相交流电机进行了实验,使用不同的电压档对同一被测试品测量,实验数据如下:从以上数据可以看出,测量系统在不同的电压等级和相对湿度下,表现出良好的稳定性和重复性。5结束语该系统充分利用了PIC单片机的低功耗,高集成度,优良的抗干扰能力,使设计出的这款仪器具有低功耗,小体积,利于便携等特点。仪器可在无人职守的情况下,实现连续测量。目前,此款产品已经研发成功,各项参数指标均符合