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          基于ARM的電磁繼電器參數(shù)檢測(cè)儀

          作者: 時(shí)間:2016-10-29 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          摘要:針對(duì)目前市場(chǎng)上存在的一些參數(shù)器的缺點(diǎn),為了能夠精確采集的吸合電壓等主要參數(shù),采用ARM技術(shù)和上、下位機(jī)方法,設(shè)計(jì)了一款基于ARM Correx—M3芯片F103ZET6單片機(jī)控制的綜合參數(shù)。該儀器可完成對(duì)動(dòng)斷、動(dòng)合、轉(zhuǎn)換型直流繼電器的線圈電阻、觸點(diǎn)接觸電阻、最小吸合電壓、最大釋放電壓、吸合時(shí)間、釋放時(shí)間等參數(shù)的測(cè)試。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201610/305821.htm

          0 引言

          產(chǎn)品檢測(cè)是生產(chǎn)廠家和用戶都關(guān)心的問題。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中,檢測(cè)是必不可少的一部分,有的還是工藝過程的一道工序。電磁繼電器是電力系統(tǒng)以及其他電氣控制系統(tǒng)中常用的開關(guān)元件,它們的可靠性是電力系統(tǒng)和其他電氣控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要保證,因此,必須對(duì)繼電器的特性參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)試。電磁繼電器的電氣參數(shù)主要有線圈電阻、觸點(diǎn)接觸電阻、吸合電壓、釋放電壓、吸合時(shí)間、釋放時(shí)間等。這些參數(shù)對(duì)研究繼電器可靠性、動(dòng)態(tài)性能具有重要意義,是保證其質(zhì)量特性的重要參數(shù)。

          1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

          1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

          系統(tǒng)硬件主要包括UART串口通信模塊、JTAG接口模塊、測(cè)試結(jié)果顯示模塊、檢測(cè)程序存儲(chǔ)模塊FLASH、檢測(cè)電路模塊以及SRAM模塊。系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

          基于ARM的電磁繼電器參數(shù)檢測(cè)儀

          1.2 系統(tǒng)微處理器

          本系統(tǒng)主要由檢測(cè)部分和顯示控制部分組成。在本設(shè)計(jì)中,采用了高性能的ARM Cortex芯片F103ZET6。該芯片內(nèi)部采用哈佛結(jié)構(gòu),其中集成有64 KB的RAM和512 KB FLASH,并且具有運(yùn)算速度快、體積小和低功耗的特點(diǎn),完全能滿足本設(shè)計(jì)的要求。Cortex—M3是一個(gè)32位的核,它采用的是Tail—Chaining中斷技術(shù),最多可減少12個(gè)時(shí)鐘周期數(shù),基于硬件進(jìn)行中斷處理,通??蓽p少70%的中斷。Cortex-M3還采用了新型的單線調(diào)試(Single Wire)技術(shù),可對(duì)獨(dú)立的引腳進(jìn)行調(diào)試。

          1.3 系統(tǒng)工作流程

          系統(tǒng)上電后,首先完成對(duì)各個(gè)寄存器的初始化工作,然后等待開始檢測(cè)命令;單擊界面上的START命令,然后給單片機(jī)發(fā)送開始檢測(cè)命令;單片機(jī)接到開始命令后開始向檢測(cè)電路發(fā)送檢測(cè)命令,然后單片機(jī)處理檢測(cè)電路發(fā)回的數(shù)據(jù),得出繼電器的各個(gè)參數(shù),通過串口把這些參數(shù)顯示在的界面上。

          2 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

          2.1 驅(qū)動(dòng)電壓的設(shè)計(jì)

          為了準(zhǔn)確測(cè)出繼電器的吸合電壓,必須得到一個(gè)從0開始按照一定量增大的電壓源,每次增大的電壓量越小,測(cè)試的結(jié)果越準(zhǔn)確,但是所要求的電路也越復(fù)雜,所以我們必須根據(jù)實(shí)際的要求在這中間找到一個(gè)平衡點(diǎn)。圖2所示為系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電壓電路。

          基于ARM的電磁繼電器參數(shù)檢測(cè)儀

          圖2中,TL431用于給TLC5615提供2.5 V的基準(zhǔn)電壓源,DA DIN是串行數(shù)據(jù)輸入端,DA CS是低電平有效的片選信號(hào)輸入端,DA SCK是串行時(shí)鐘輸入端,DOUT是用于級(jí)聯(lián)的串行數(shù)據(jù)輸出端,OUT是DAC模擬電壓輸出端,輸出模擬信號(hào)。由于從TLC5615輸出的模擬信號(hào)很小,不能驅(qū)動(dòng)繼電器,所以,本設(shè)計(jì)在后面又加上了放大電壓電路和放大電流電路。

          2.2 集成切換網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

          本系統(tǒng)的集成切換網(wǎng)絡(luò)是利用繼電器的開關(guān)工作原理完成的,利用單片機(jī)發(fā)出的不同指令控制繼電器的閉合,從而切換到不同的測(cè)試電路模塊。在測(cè)試吸合/釋放電壓時(shí),首先ARM Cortex發(fā)出測(cè)試參數(shù)為吸合/釋放電壓的指令。集成切換網(wǎng)絡(luò)根據(jù)指令,切換到Prog_v一側(cè),XQ1I連接所測(cè)繼電器觸點(diǎn)一端,具體電路如圖3所示。

          基于ARM的電磁繼電器參數(shù)檢測(cè)儀

          為了解決單片機(jī)的I/O驅(qū)動(dòng)能力不足的問題,選用ULN2003作為繼電器的驅(qū)動(dòng)芯片。ULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列電路,它具有工作地電壓高,工作電流大,灌電流可達(dá)500 mA,并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50 V的電壓,輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。它采用集電極開路輸出,輸出電流大,故可直接驅(qū)動(dòng)繼電器。ULN2003的每一對(duì)達(dá)林頓管都串聯(lián)一個(gè)2.7 kΩ的基極電阻,在5 V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連,可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。通常單片機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003時(shí),上拉2 kΩ的電阻,同時(shí),COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。

          2. 3 數(shù)據(jù)處理及與上位機(jī)的通信

          接收到的數(shù)據(jù)通過異步串口管腳與3.3 V轉(zhuǎn)換芯片MAX232相連,外接串口線同PC機(jī)進(jìn)行通信,接收和發(fā)送數(shù)據(jù),作為下位機(jī)負(fù)責(zé)接收上位機(jī)的指令以及控制各部分電路并處理數(shù)據(jù),然后向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù),PC機(jī)接收數(shù)據(jù),并通過VC編程把接收的數(shù)據(jù)通過界面顯示出來。這里PC機(jī)的VC通過串口發(fā)送命令給STM32,主控芯片接收命令并判斷有效,即可開始控制電路進(jìn)行工作。由于篇幅所限,本文未對(duì)STM32的最小系統(tǒng)硬件部分作詳細(xì)說明。

          3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

          系統(tǒng)軟件部分主要包括STM32微處理器控制程序和上位機(jī)程序兩部分。由于下位機(jī)軟件使用C語言來開發(fā),所以選擇了一款支持C語言編程的開發(fā)環(huán)境。由于使用的是J—LINK接口調(diào)試方式,選擇用IAR SYSTEM作為下位機(jī)的控制平臺(tái)開發(fā)工具。

          3.1 微處理器控制程序

          圖4所示是本系統(tǒng)的微處理器控制程序。本程序的核心部分是線圈電阻子程序、觸點(diǎn)電阻子程序、吸合/釋放電壓子程序、吸合/釋放時(shí)間子程序。

          基于ARM的電磁繼電器參數(shù)檢測(cè)儀

          3.2 吸合電壓算法設(shè)計(jì)

          對(duì)于吸合/釋放電壓的測(cè)試,這里將對(duì)比三種測(cè)試算法:二分算法、步進(jìn)自適應(yīng)中值算法和差異比較算法。


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