專(zhuān)利名稱(chēng)：電子集成兆歐表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量裝置，具體涉及一種電子集成兆歐表，用于在線(xiàn)、批量測(cè)量電動(dòng)機(jī)的絕緣阻值。
背景技術(shù)：
眾所周知，現(xiàn)代中大企業(yè)都裝有大大小小的電動(dòng)機(jī)數(shù)百臺(tái)，有的運(yùn)行，有的備用，其中備用的電動(dòng)機(jī)在約在20-40％左右，小則幾十臺(tái)，多有百多臺(tái)。這些備用的電動(dòng)機(jī)需要經(jīng)常搖測(cè)絕緣，這是一項(xiàng)相當(dāng)繁瑣而費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作，有時(shí)不小心將兆歐表接到帶電設(shè)備上，威脅人身安全。
另一方面，我們對(duì)電動(dòng)機(jī)損壞的過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)許多電動(dòng)機(jī)的燒毀是在啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)生的，這其中的原因有20-40％左右是由于電動(dòng)機(jī)在備用期間，絕緣大幅度降低(包括人為及環(huán)境因素)而沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，而設(shè)備又需要馬上啟動(dòng)的工況下出現(xiàn)的。這種損失對(duì)于一個(gè)企業(yè)來(lái)說(shuō)每年是有相當(dāng)?shù)臄?shù)量。
為了減小電動(dòng)機(jī)因絕緣下降而燒毀的損失，一些企業(yè)規(guī)定一個(gè)月或者一個(gè)星期定期對(duì)備用電動(dòng)機(jī)搖絕緣，其實(shí)這種規(guī)定不能隨時(shí)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)絕緣問(wèn)題，而如果規(guī)定天天對(duì)備用電動(dòng)機(jī)搖絕緣，人力又經(jīng)常安排不過(guò)來(lái)，可見(jiàn)隨著工廠(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，自動(dòng)化程度的提高，勞動(dòng)人員的減小，人工搖測(cè)電動(dòng)機(jī)絕緣已成為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的一種潛在障礙。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)絕緣測(cè)量仍然采用手工兆歐表原始落后、電動(dòng)機(jī)數(shù)量多搖測(cè)繁瑣費(fèi)力、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、有時(shí)帶電威脅人身安全、電動(dòng)機(jī)絕緣檢測(cè)不經(jīng)常及時(shí)、導(dǎo)致一些電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)燒毀的問(wèn)題，而本實(shí)用新型提供一種采用單片機(jī)控制、能在線(xiàn)檢測(cè)和批量檢測(cè)電動(dòng)機(jī)絕緣、經(jīng)常及時(shí)、多功能顯示、自動(dòng)化程度高、技術(shù)先進(jìn)、安全性能好、極大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的電子集成兆歐表。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是這種電子集成兆歐表由單片機(jī)控制和管理，具體包括單片機(jī)主板、直流發(fā)生器板、液晶顯示屏、鍵盤(pán)、選通開(kāi)關(guān)板，多個(gè)電動(dòng)機(jī)回路引線(xiàn)連接在選通開(kāi)關(guān)板的端子上，選通開(kāi)關(guān)板由單片機(jī)主板的單片機(jī)及其選通電路連接控制，選通開(kāi)關(guān)板的選通輸出端連接至直流發(fā)生器板的電壓檢測(cè)回路和控制回路，電壓檢測(cè)回路將檢測(cè)結(jié)果變?yōu)殚_(kāi)關(guān)量，輸入到單片機(jī)，單片機(jī)軟件對(duì)輸入開(kāi)關(guān)量進(jìn)行判斷，電動(dòng)機(jī)回路有電，軟件閉鎖，無(wú)電，單片機(jī)軟件則給開(kāi)關(guān)量連接至直流發(fā)生器板的控制回路，控制回路將選通的電動(dòng)機(jī)回路引線(xiàn)切換至直流發(fā)生器兆歐表接線(xiàn)上，并啟動(dòng)直流發(fā)生器，直流發(fā)生器兆歐表輸出回路上的采樣電阻引出采樣信號(hào)，經(jīng)放大、轉(zhuǎn)換后，連接至單片機(jī)的輸入端，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，成為MΩ值，連接至液晶顯示屏顯示，鍵盤(pán)連接單片機(jī)主板，作為人——機(jī)操作輸入。
上述技術(shù)方案中，選通開(kāi)關(guān)板為4個(gè)8選通開(kāi)關(guān)，選通開(kāi)關(guān)采用繼電器，單片機(jī)對(duì)繼電器的驅(qū)動(dòng)采用光耦隔離。
上述技術(shù)方案中，單片機(jī)與液晶顯示屏采用8位并行數(shù)據(jù)線(xiàn)，單片機(jī)主板上的其他芯片與單片機(jī)的數(shù)據(jù)交換都使用I2C標(biāo)準(zhǔn)串行總線(xiàn)。
上述技術(shù)方案中，直流發(fā)生器板的電動(dòng)發(fā)生器是由開(kāi)關(guān)三極管和諧振變壓器組成的自激式振蕩電路，高壓輸出直流為500V，有電壓補(bǔ)償回路。
上述技術(shù)方案中，電壓檢測(cè)回路由選通的電動(dòng)機(jī)回路引線(xiàn)經(jīng)電阻、橋式整流器到地連接構(gòu)成，橋式整流器輸出電壓連接驅(qū)動(dòng)向單片機(jī)輸入開(kāi)關(guān)量的控制繼電器。
上述技術(shù)方案中，控制回路由單片機(jī)輸出的開(kāi)關(guān)量連接驅(qū)動(dòng)切換繼電器構(gòu)成，切換繼電器切換選通的電動(dòng)機(jī)回路引線(xiàn)端子連接至直流發(fā)生器的兆歐表接線(xiàn)上。
本申請(qǐng)專(zhuān)利產(chǎn)品為在線(xiàn)電子兆歐表，適合用于電動(dòng)機(jī)控制中心(MCC)批量地對(duì)電動(dòng)機(jī)搖測(cè)絕緣。
具體使用方式是將每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)(或磁力啟動(dòng)器)的下樁頭(與電動(dòng)機(jī)的電纜的連接處)引一根引線(xiàn)到本裝置的繼電器板(說(shuō)明每臺(tái)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部三相是連在一起的，搖電動(dòng)機(jī)絕緣只要一相就行了)，由于有交流電壓檢測(cè)功能，因此在操作過(guò)程中能判斷電動(dòng)機(jī)是在運(yùn)行還是在備用，即為在線(xiàn)工作方式。
本實(shí)用新型對(duì)電動(dòng)機(jī)搖測(cè)絕緣是由軟件實(shí)現(xiàn)其邏輯功能的。
首先進(jìn)入操作是按“選點(diǎn)”功能鍵，然后輸入電動(dòng)機(jī)回路號(hào)(軟件限制回路號(hào)在0-31之間)，回路號(hào)選好后，按“確定”功能鍵，即該回路選定。產(chǎn)品內(nèi)的單片機(jī)程序?qū)⑦x通開(kāi)關(guān)板的選通繼電器接通。本集成電子兆歐表對(duì)該回路電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有無(wú)交流電壓檢測(cè)，如果有交流電壓，說(shuō)明該電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行。在液晶屏上顯示“有電危險(xiǎn)，請(qǐng)清除”。同時(shí)，軟件閉鎖除“清除”鍵以外的任何鍵盤(pán)操作。按下“清除”鍵則返回，并開(kāi)斷本次選通的繼電器(即退出該選擇的電動(dòng)機(jī)回路)。如果選通接入的電動(dòng)機(jī)回路經(jīng)交流電壓檢測(cè)沒(méi)有電壓，則說(shuō)明該電動(dòng)機(jī)在備用。液晶屏上顯示“可以測(cè)試”，此時(shí)按“測(cè)試”鍵，進(jìn)行兆歐表功能裝置的軟件將該電動(dòng)機(jī)回路以電壓檢測(cè)回路轉(zhuǎn)換到兆歐表輸出回路，同時(shí)啟動(dòng)500V直流發(fā)生器(即兆歐表)。在液晶屏上，顯示兆歐表計(jì)時(shí)和該回路的絕緣電阻值。兆歐表計(jì)時(shí)60秒后，自動(dòng)退出，并保留60秒時(shí)的絕緣電阻值。人工按“清除”鍵，則返回到原始工況。
本實(shí)用新型可接32路電動(dòng)機(jī)回路，與電動(dòng)機(jī)固定接線(xiàn)，其好處是對(duì)每臺(tái)電動(dòng)機(jī)搖絕緣時(shí)，不要臨時(shí)接線(xiàn)，特別是電動(dòng)機(jī)集中的區(qū)域，極大地提高了效率，也避免了人工接線(xiàn)可能誤接到帶電設(shè)備，保障了人生安全。
本實(shí)用新型產(chǎn)品的功能邏輯由軟件編程實(shí)現(xiàn)在設(shè)備沒(méi)有使用時(shí)，顯示設(shè)備的型號(hào)和時(shí)鐘，帶時(shí)鐘校正功能；按[選點(diǎn)]功能鍵，進(jìn)入選擇電動(dòng)機(jī)回路界面，采用直接輸入數(shù)字或者↑↓鍵增減數(shù)字選定回路，按[確定]功能鍵，進(jìn)入對(duì)輸入數(shù)字判斷，輸入數(shù)字大于31，則提示輸入數(shù)字超出范圍，清除重新開(kāi)始；選點(diǎn)[確定]后，單片機(jī)進(jìn)入選定回路的繼電器選通，判斷該回路電動(dòng)機(jī)是否運(yùn)行帶電，并將判斷的結(jié)果在屏幕上顯示。如果判斷該電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行，則顯示回路有電，提示清除返回，同時(shí)閉鎖一下步操作；如果判斷該電動(dòng)機(jī)在備用，則在屏幕上顯示可以測(cè)試，按[測(cè)試]功能鍵，進(jìn)入回路切換，將該回路從電壓監(jiān)測(cè)回路切換到500V兆歐表回路；需要測(cè)試的回路切換到兆歐表回路后，啟動(dòng)500V直流發(fā)生器，將500V直流加在該電動(dòng)機(jī)回路上。搖測(cè)絕緣時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)1分鐘，在這1分鐘內(nèi)，屏幕上顯示秒計(jì)時(shí)，同時(shí)該回路的絕緣值通過(guò)AD采樣，并經(jīng)單片機(jī)處理計(jì)算后，以數(shù)字信息在屏幕上顯示出來(lái)。
本實(shí)用新型的電子集成兆歐表(500V)在我國(guó)國(guó)內(nèi)是第一個(gè)用單片機(jī)控制的兆歐表；也是第一個(gè)將兆歐表設(shè)計(jì)為在線(xiàn)兆歐表固定與電動(dòng)機(jī)的連線(xiàn)，有判斷和閉鎖功能，批量搖測(cè)電動(dòng)機(jī)絕緣，因而大大的節(jié)省工作人員在搖測(cè)電動(dòng)機(jī)絕緣時(shí)，在接撤線(xiàn)工作上所花費(fèi)的時(shí)間，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
因此，本實(shí)用新型構(gòu)思新穎、設(shè)計(jì)合理，技術(shù)先進(jìn)，多功能顯示，自動(dòng)化程度高，安全性能好，為我國(guó)電動(dòng)機(jī)在線(xiàn)檢測(cè)提供了一種技術(shù)性能優(yōu)良的儀器設(shè)備。


圖1為本實(shí)用新型整體原理框圖。
圖2為單片機(jī)主板原理框圖。
圖3為直流發(fā)生器板原理框圖。
圖4為單片機(jī)主板實(shí)施電路圖。
圖5為直流發(fā)生器板實(shí)施電路圖。
圖6為本實(shí)用新型軟件流程圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，圖2，圖3，本實(shí)用新型由1個(gè)主機(jī)和4個(gè)8選通開(kāi)關(guān)(繼電器)板組成，主機(jī)內(nèi)芯片包括單片機(jī)主板和直流發(fā)生器板，而板上安裝有液晶顯示屏和4×4的鍵盤(pán)，鍵盤(pán)上有0-9↑↓的數(shù)字鍵外，還有[選定]、[清除]、[確定]、[測(cè)試]4個(gè)功能鍵，選通開(kāi)關(guān)板中的繼電器選用高絕緣的小型密封繼電器(1000V絕緣電阻＞200MΩ)，每個(gè)繼電器有8個(gè)回路，每個(gè)繼電器的選通是由單片機(jī)給定回路數(shù)號(hào)后，由32選1邏輯啟動(dòng)唯一的回路，電路板上將32路分為4段，32路電動(dòng)機(jī)引線(xiàn)接在選通開(kāi)關(guān)板的端子上，繼電器選通后并聯(lián)成一根電動(dòng)機(jī)火線(xiàn)引線(xiàn)引接到主機(jī)內(nèi)的直流發(fā)生器板上。由于硬件上32選1邏輯的限定，實(shí)際上電動(dòng)機(jī)回路只有1路被選通。
單片機(jī)對(duì)繼電器的驅(qū)動(dòng)采用光電耦合隔離。
繼電器選通的電動(dòng)機(jī)回路，如圖1中粗線(xiàn)所示，首先經(jīng)過(guò)交流電壓檢測(cè)回路，檢測(cè)有無(wú)交流電壓，并將檢測(cè)結(jié)果變?yōu)殚_(kāi)關(guān)量，輸入到單片機(jī)主板，有電壓為“0”，無(wú)電壓為“1”，然后單片機(jī)軟件判斷分析，單片機(jī)對(duì)輸入開(kāi)關(guān)量判斷為有電，則閉鎖下一步操作，如果單片機(jī)對(duì)輸入的開(kāi)關(guān)量判斷為無(wú)電，則程序提示“可以測(cè)試”，單片機(jī)給出開(kāi)關(guān)量到直流發(fā)生器的控制回路實(shí)行①將電動(dòng)機(jī)回路從交流電壓監(jiān)測(cè)回路轉(zhuǎn)換到500V兆歐表的接線(xiàn)上；②啟動(dòng)500V直流發(fā)生器，即兆歐表輸出。
在兆歐表的輸出回路上，有采樣電阻，如圖3所示，直流發(fā)生器的500V電壓輸出經(jīng)切換繼電器切換，此時(shí)作為兆歐表輸出。如圖1粗線(xiàn)所示，該兆歐表輸出就接到繼電器開(kāi)關(guān)板上，實(shí)質(zhì)上，所選通的電動(dòng)機(jī)接到兆歐表上了，直流發(fā)生器(兆歐表)的接地端經(jīng)采樣電阻1、采樣電阻2后與機(jī)殼并且與大地連接，這樣兆歐表的500V電壓就經(jīng)電動(dòng)機(jī)引線(xiàn)→電纜→線(xiàn)圈→絕緣層→電動(dòng)機(jī)機(jī)殼→大地→本裝置接地端子→采樣電阻1、2構(gòu)成回路，電流基本上是微安級(jí)至1～2毫安電流。由于絕緣電阻是回路電流的反值，因此，在單片機(jī)軟件需對(duì)該采樣值進(jìn)行取反，并進(jìn)行校正計(jì)算。實(shí)際上，采樣電阻的毫伏級(jí)信號(hào)是非常弱小的，因此要經(jīng)線(xiàn)性放大器放大為0-5V信號(hào)，才能作為單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換芯片輸入。再由單片機(jī)控制A/D芯片，讀出的正比于電壓的數(shù)值，取反，再經(jīng)計(jì)算，成為MΩ值，在液晶顯示屏上顯示出來(lái)。液晶顯示屏顯示各種信息和操作提示，鍵盤(pán)為人——機(jī)操作輸入。
參見(jiàn)圖2和圖4的單片機(jī)主板設(shè)計(jì)原理框圖、實(shí)施電路圖，單片機(jī)選用飛利浦P89C51RD，單片機(jī)主板的其他芯片也多數(shù)采用飛利浦芯片，本電路設(shè)計(jì)除與液晶顯示屏接口連接采用8位并行數(shù)據(jù)線(xiàn)外，其他芯片與單片機(jī)的數(shù)據(jù)交換都使用I2C總線(xiàn)，I2C總線(xiàn)是一種標(biāo)準(zhǔn)串行總線(xiàn)，該總線(xiàn)的選通原理是單片機(jī)與各功能芯片的選通是采用廣播地址碼，若芯片的地址碼與單片機(jī)廣播式地址相同，則單片機(jī)與該芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)交換，其他芯片不參與。
單片機(jī)的P0口作為液晶顯示屏的數(shù)據(jù)線(xiàn)，P2.7作為液晶顯示屏的選通，P2.6作為液晶屏的指令/數(shù)據(jù)選用，單片機(jī)的WR、RD作為液晶屏的WR、RD，其他按液晶屏的廠(chǎng)家圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。
單片機(jī)主板設(shè)計(jì)中的鍵盤(pán)接口芯片、I/O口1、I/O口2、I/O口3、都是串行8位鎖存I/O芯片，為飛利浦的PTL8574，該芯片從單片機(jī)輸入輸出交換是串行數(shù)據(jù)，對(duì)外輸出是8位并行鎖存數(shù)據(jù)，對(duì)外輸入是準(zhǔn)雙向數(shù)據(jù)口，因此，該芯片能對(duì)單片機(jī)輸入來(lái)的數(shù)據(jù)鎖存，也能對(duì)外部的并行數(shù)據(jù)采樣，本設(shè)計(jì)采用該芯片后，對(duì)本裝置的軟件編程提供了很多方便。
本設(shè)計(jì)中還采用一片串行時(shí)鐘芯片PCF7683，該芯片具備自動(dòng)時(shí)鐘功能，內(nèi)部有年、月、日、時(shí)、分、秒、百分之一秒等數(shù)據(jù)。
本設(shè)計(jì)鐘對(duì)上述5個(gè)芯片采用同一個(gè)I2C-1總線(xiàn)，單片機(jī)的P2.0為I2C-1總線(xiàn)的SDA-1數(shù)據(jù)線(xiàn)，P2.1為I2C-1總線(xiàn)的SCL-1時(shí)鐘脈沖線(xiàn)，如前所述，這些芯片的選通由軟件實(shí)現(xiàn)，主要細(xì)節(jié)如下鍵盤(pán)接口芯片編碼為88H/89H(讀/寫(xiě))，對(duì)鍵盤(pán)的鍵值讀取是數(shù)據(jù)掃描方式，由軟件實(shí)現(xiàn)。
I/O口1，芯片編碼為00H/01H(讀/寫(xiě))，作為開(kāi)關(guān)量輸入，8位開(kāi)關(guān)量只用1位，作為電動(dòng)機(jī)回路有無(wú)交流電的判斷輸入。
I/O口2，芯片編碼為03H/04H(讀/寫(xiě))，作為開(kāi)關(guān)量輸出，將單片機(jī)開(kāi)關(guān)量送直流發(fā)生器板控制，切換回路，直流發(fā)生器啟動(dòng)用，8位只用2位。
I/O口3，芯片編碼為07H/08H(讀/寫(xiě))，該芯片作為本產(chǎn)品設(shè)計(jì)備用。
時(shí)鐘芯片機(jī)PCF7683，芯片編碼A0H/A1H(讀/寫(xiě))，本設(shè)計(jì)采用串行調(diào)出時(shí)、分、秒，用于顯示和計(jì)時(shí)。
本設(shè)計(jì)對(duì)單片機(jī)輸出電動(dòng)機(jī)回路號(hào)選通也是串行I2C總線(xiàn)方式，將P2.2設(shè)計(jì)為I2C-2總線(xiàn)的SDA數(shù)據(jù)線(xiàn)，P2.3設(shè)計(jì)為I2C-2總線(xiàn)的SCL時(shí)鐘線(xiàn)，數(shù)據(jù)輸送到一片PTL8574鎖存器，然后使用一片74LS/38和4片74LS/39構(gòu)成32選1邏輯。
本設(shè)計(jì)對(duì)A/D采樣的數(shù)據(jù)也是串行輸送，選用的芯片是TIL1543，單片機(jī)P1.0作為I2C-3總線(xiàn)的數(shù)據(jù)線(xiàn)SDA，P1.1作為I2C-3總線(xiàn)的SCL，P1.2作為A/D芯片的片選，P1.3作為A/D芯片的轉(zhuǎn)換完成信號(hào)輸入，其他接線(xiàn)按A/D芯片的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。
參見(jiàn)圖3和圖5，直流發(fā)生器板原理框圖、實(shí)施電路圖。
圖中的電壓發(fā)生器是由開(kāi)關(guān)三極管和諧振變壓器組成的自激式振蕩電路，高壓輸出為500V(整流濾波后)，有電壓補(bǔ)償回路，即圖中的電壓調(diào)節(jié)。
圖中的采樣1為毫伏級(jí)采樣電阻，該毫伏電壓信號(hào)經(jīng)線(xiàn)性放大到0-5V，輸出到單片機(jī)電路板中的A/D芯片輸入。圖中的采樣2為0-1伏采樣電阻，該采樣電阻與電壓調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)三極管)的偏壓疊加(負(fù)反饋)，控制實(shí)質(zhì)輸送到電壓發(fā)生器上的直流電壓值，來(lái)達(dá)到兆歐表輸出電壓的整定和補(bǔ)償作用。
圖中的電壓發(fā)生器的“開(kāi)關(guān)”為繼電器，由單片機(jī)輸送來(lái)的開(kāi)關(guān)量驅(qū)動(dòng)。圖中的“切換回路”也是繼電器，同樣由單片機(jī)輸送的開(kāi)關(guān)量驅(qū)動(dòng)。圖中的“電壓監(jiān)測(cè)回路”為采用分壓、整流來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)24V的繼電器，該繼電器的接通/斷開(kāi)，作為開(kāi)關(guān)量，成為單片機(jī)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)。圖中的“開(kāi)關(guān)量出”“開(kāi)關(guān)量入”方框表示采用光耦隔離。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)機(jī)芯內(nèi)采用2塊電路板是因?yàn)橹绷靼l(fā)生器板為強(qiáng)電回路，單片機(jī)主板為弱電回路，盡量減少?gòu)?qiáng)電對(duì)弱電路的干擾。
參見(jiàn)圖4單片機(jī)主板實(shí)施電路圖，單片機(jī)U1采用飛利浦的8位單片機(jī)P89C52RD，該單片機(jī)內(nèi)部具有64K閃存儲(chǔ)存器，因此，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)不再使用外部程序儲(chǔ)存器。
本電路設(shè)計(jì)在上排設(shè)計(jì)了CZ1-CZ5等5個(gè)插口，作為液晶顯示屏、鍵盤(pán)、直流發(fā)生器板的電纜連接插口。
CZ1插口為液晶顯示屏電纜插口，液晶屏接口芯片U2為74LS245，該芯片為雙向數(shù)據(jù)選通鎖存器，74LS245芯片是向液晶屏讀數(shù)據(jù)還是寫(xiě)數(shù)據(jù)，由單片機(jī)的RD是低電位還是高電位控制。單片機(jī)的P0口作為液晶屏的數(shù)據(jù)線(xiàn)，P2.7作為液晶屏選通，P2.6作為液晶屏的指令/數(shù)據(jù)選用，單片機(jī)的WR、RD作為液晶屏的WR、RD。
CZ2插口，為備用。
CZ3插口為原理框圖圖2中I/O口1的電纜插口，該接口電路芯片U13為PCF8574P作為單片機(jī)U1開(kāi)關(guān)量的輸入。
CZ4插口為原理框圖圖2中I/O口2的電纜插口，該接口電路芯片U14也為PCF8574P作為單片機(jī)U1開(kāi)關(guān)量的輸出。
CZ5插口為鍵盤(pán)電纜插口，接口芯片U15也為PCF8574P。
在單片機(jī)主板實(shí)施電路圖中的下部設(shè)計(jì)了JB1-JB5(使用DB9和DB15連接件)作外部電纜連接插口插口JB1為R232通用插口，接口芯片U5為MA×232，與單片機(jī)U1連接按標(biāo)準(zhǔn)接線(xiàn)設(shè)計(jì)。
插口JB2-JB5驅(qū)動(dòng)外部選通開(kāi)關(guān)板的繼電器的控制電纜插口，每個(gè)插口8個(gè)回路，與每個(gè)選通開(kāi)關(guān)板的8個(gè)回路相對(duì)應(yīng)，JB2-JB5的接口芯片U9-U12為74HC138，為硬件8選1邏輯，4個(gè)電路板的選擇由芯片U8A型號(hào)74HC139對(duì)數(shù)據(jù)的D3、D4位進(jìn)行4選1邏輯。設(shè)計(jì)中的U7為I2C芯片PCF8574P，將單片機(jī)送來(lái)的電動(dòng)機(jī)回路號(hào)鎖存，(軟件已將10進(jìn)制轉(zhuǎn)為16進(jìn)制)。本設(shè)計(jì)由軟件限制電動(dòng)機(jī)回路在0-31(十進(jìn)制)之間，再由上述的硬件邏輯功能限制，準(zhǔn)確無(wú)誤達(dá)到32路能唯一選一的限定，即任何時(shí)候只選通一個(gè)電動(dòng)機(jī)回路進(jìn)入兆歐表。
單片機(jī)主板使用一片時(shí)鐘芯片U6PCF8588P，一片A/D芯片U16TIL1543，這兩個(gè)芯片與單片機(jī)U1數(shù)據(jù)交換是使I2C總線(xiàn)，這些芯片引腳設(shè)計(jì)是完全按照芯片廠(chǎng)家公布的引腳接線(xiàn)圖設(shè)計(jì)的，本產(chǎn)品設(shè)計(jì)在這些芯片上的主要工作是編制軟件正確交換數(shù)據(jù)。
參見(jiàn)圖5直流發(fā)生器板實(shí)施電路圖，該直流發(fā)生器電路板設(shè)計(jì)有直流發(fā)生器(兆歐表)，交流電壓檢測(cè)回路，切換回路，與單片機(jī)開(kāi)關(guān)量輸入、輸出的接口，A/D信號(hào)采樣和放大等。本電路板設(shè)計(jì)基本上是強(qiáng)電回路。
直流發(fā)生器部分直流發(fā)生器是一個(gè)三線(xiàn)圈的諧振變壓器(鐵氧體鐵芯)，和2個(gè)BUT1A開(kāi)關(guān)三極管及電容C2(0.1μf)構(gòu)成。線(xiàn)圈3、4、5為低壓線(xiàn)圈，也是開(kāi)關(guān)三極管驅(qū)動(dòng)的線(xiàn)圈。線(xiàn)圈中間抽頭，分成兩個(gè)相反半邊，每半邊接一個(gè)開(kāi)關(guān)三極管的集電極。線(xiàn)圈6、7、8為開(kāi)關(guān)三極管基極電壓線(xiàn)圈，與線(xiàn)圈3、4、5一樣，中間抽頭分成兩個(gè)反相半邊，與線(xiàn)圈3、4、5相對(duì)應(yīng)，輸出端接于相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)三極管基極。線(xiàn)圈1、2為高壓輸出線(xiàn)圈。
這種電路由線(xiàn)圈6、7、8與電容C2主導(dǎo)產(chǎn)生諧振線(xiàn)圈6、7、8在線(xiàn)圈3、4、5電流上升階段會(huì)加速開(kāi)關(guān)三極管的導(dǎo)通，而到線(xiàn)圈3、4、5電流飽和時(shí)，輸出電壓為0，相當(dāng)于要將所接的半邊線(xiàn)圈的三極管關(guān)斷，加上C2的反充電作用，會(huì)加速本半邊線(xiàn)圈的三極管快速關(guān)斷，而導(dǎo)致另一半邊線(xiàn)圈的開(kāi)關(guān)三極管導(dǎo)通，這樣線(xiàn)圈3、4、5交互半邊輪流導(dǎo)通而產(chǎn)生諧振，將低壓直流電源轉(zhuǎn)換成高壓交流電源，整流后成為直流高壓(500V)。
這種自激式諧振電路在各類(lèi)晶體管技術(shù)教科書(shū)上都有詳細(xì)敘述。本設(shè)計(jì)所以采用這種電路，因?yàn)樵撾娐泛?jiǎn)單，波形和振蕩頻率本設(shè)計(jì)不要求嚴(yán)格。
設(shè)計(jì)中三極管8050為調(diào)整管，用于調(diào)整送至振蕩器低壓線(xiàn)圈的直流電壓，也就是相當(dāng)調(diào)節(jié)兆歐表電壓。
圖中R×75設(shè)計(jì)為測(cè)試電動(dòng)機(jī)絕緣的采樣電阻。該采樣電阻上的電壓信號(hào)與要測(cè)的絕緣電阻是相反的。因此，該信號(hào)送到單片機(jī)要取反計(jì)算。該采樣信號(hào)的毫伏級(jí)，因此經(jīng)線(xiàn)性放大器INT122(U6)芯片放大至0-5V。
圖中的DZ4為兆歐表外接地線(xiàn)端子DZ5為選通開(kāi)關(guān)板來(lái)的火線(xiàn)端子。圖中JZC-23F/24V為切換控制繼電器，其沒(méi)有被單片機(jī)開(kāi)關(guān)量驅(qū)動(dòng)時(shí)，火線(xiàn)是經(jīng)過(guò)R2-G電阻與橋式整流到接地構(gòu)成電壓檢測(cè)功能有交流電壓時(shí)橋式整流輸出24V驅(qū)動(dòng)RELAY3(型號(hào)為HRS2/24V)，通過(guò)本設(shè)計(jì)圖中的CZ2插口電纜，向單片機(jī)送出開(kāi)關(guān)量(開(kāi)關(guān)量有8位，只用其中1位)。
圖中CZ1插口為該電路板設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)量輸入(開(kāi)關(guān)量有8位，只用其中2位)，根據(jù)軟件功能，從單片機(jī)輸送的開(kāi)關(guān)量，其開(kāi)關(guān)量0位驅(qū)動(dòng)切換繼電器JZC-23F；開(kāi)關(guān)量1位驅(qū)動(dòng)RELAY2(型號(hào)HRS2/24V)，接通直流發(fā)生器的直流電源。
本電路板設(shè)計(jì)之所以與單片機(jī)主板分開(kāi)設(shè)計(jì)和制作，是為了盡量減少?gòu)?qiáng)電對(duì)弱電器路的干擾。
電路分析及工作過(guò)程外部電動(dòng)機(jī)回路接在選通開(kāi)關(guān)繼電器板上，操作時(shí)，人工鍵入所選擇的電動(dòng)機(jī)回路數(shù)號(hào)，如人工鍵入所選擇的12回路電動(dòng)機(jī)，按[確定]鍵，軟件程序?qū)⒃摂?shù)據(jù)轉(zhuǎn)為16進(jìn)制碼，并分析是否大于32，如果小于32，則將數(shù)值串行輸送到單片機(jī)主板內(nèi)的U7(PCF8574)轉(zhuǎn)為并行8位數(shù)碼鎖存，該數(shù)碼經(jīng)由前述的硬件32選1邏輯，將唯一選通的第12號(hào)電動(dòng)機(jī)選通繼電器驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)引線(xiàn)通過(guò)繼電器引接到主機(jī)內(nèi)部直流發(fā)生器板上DZ3端子，此時(shí)，切換繼電器JZC-23F/24沒(méi)有被單片機(jī)U1驅(qū)動(dòng)，該回路經(jīng)R2·G、D4橋式整流與電路板的接地端子(必須與大地連接)構(gòu)成回路，如果引接電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行，該回路有220V交流電壓，本電路設(shè)計(jì)已計(jì)算和整定D4橋式整流輸出電壓為24V，驅(qū)動(dòng)繼電器RELAY3(型號(hào)HRS2/24V)，圖中CZ2為輸送到單片機(jī)的開(kāi)關(guān)量接口，正常時(shí)，由RP1排電阻上抗電位為8位全“1”信號(hào)，如果選通的電動(dòng)機(jī)回路有電，則繼電器RELAY3激磁，繼電器將D0位的電位從“1”拉到“0”，直流發(fā)生器板的CZ2插口與單片機(jī)主板的CZ3插口電纜連接，因此該開(kāi)關(guān)量電位作為單片機(jī)開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)被檢測(cè)后，由軟件閉鎖下一步操作，直到人工按“清除”鍵。按“清除”鍵時(shí)，單片機(jī)軟件清除32選1所選中的繼電器，這樣，該電動(dòng)機(jī)回路就退出本電子兆歐表；如果選通的電動(dòng)機(jī)沒(méi)有運(yùn)行，回路無(wú)電，那么繼電器RELAY3(型號(hào)HRS2/24V)就不激磁，直流發(fā)生器板上的CZ2的8位開(kāi)關(guān)量為全“1”，當(dāng)然D0也為“1”，單片機(jī)檢測(cè)該開(kāi)關(guān)量為1，軟件執(zhí)行下一步程序。
一旦被單片機(jī)檢測(cè)到所選通的電動(dòng)機(jī)回路沒(méi)有電壓，液晶顯示屏上就顯示“可以測(cè)試”，需人工按“測(cè)試”鍵，本實(shí)用新型才進(jìn)入兆歐表測(cè)絕緣的工序。此時(shí)由單片機(jī)送出開(kāi)關(guān)量D0、D1，單片機(jī)電路板上的CZ4插口通過(guò)電纜與直流發(fā)生器板上的CZ1插口相連，驅(qū)動(dòng)繼電器和光耦的開(kāi)關(guān)量均為“0”，通過(guò)光耦TLP521-2驅(qū)動(dòng)經(jīng)電器RELAY1和RELAY2。RELAY1導(dǎo)通功能是切換，將引入的電動(dòng)機(jī)回路從交流電壓檢測(cè)回路斷開(kāi)，改接到兆歐表的高壓整流輸出線(xiàn)路上，RELAY2導(dǎo)通就是接通諧振發(fā)生器的直流電源。圖中CZ5為試驗(yàn)用。直流發(fā)生器的諧振回路只要給上電源就會(huì)振蕩，高壓輸出500V電壓，直流發(fā)生器與電動(dòng)機(jī)連通，500V的一端(負(fù)極)就從直流發(fā)生器板通過(guò)選通開(kāi)關(guān)繼電器板，加至電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈上，500V的另一端(正極)通過(guò)采樣電阻→外殼→接大地，這就是我們現(xiàn)在正常搖測(cè)電動(dòng)機(jī)絕緣的方法和回路，搖測(cè)回路的采樣電阻采樣出毫伏級(jí)信號(hào)，經(jīng)放大，A/D轉(zhuǎn)換輸入至單片機(jī)，單片機(jī)讀出正比于電壓的數(shù)值，取反，再經(jīng)計(jì)算，成MΩ值，在液晶顯示屏上顯示出來(lái)。
權(quán)利要求1.一種電子集成兆歐表，其特征在于由單片機(jī)控制和管理，具體包括單片機(jī)主板、直流發(fā)生器板、液晶顯示屏、鍵盤(pán)、選通開(kāi)關(guān)板，多個(gè)電動(dòng)機(jī)回路引線(xiàn)連接在選通開(kāi)關(guān)板的端子上，選通開(kāi)關(guān)板由單片機(jī)主板的單片機(jī)及其選通電路連接控制，選通開(kāi)關(guān)板的選通輸出端連接至直流發(fā)生器板的電壓檢測(cè)回路和控制回路，電壓檢測(cè)回路將檢測(cè)結(jié)果變?yōu)殚_(kāi)關(guān)量，輸入到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)輸入開(kāi)關(guān)量進(jìn)行判斷，電動(dòng)機(jī)回路有電，閉鎖，無(wú)電，單片機(jī)則給出開(kāi)關(guān)量連接至直流發(fā)生器板的控制回路，控制回路將選通的電動(dòng)機(jī)回路引線(xiàn)切換至直流發(fā)生器兆歐表接線(xiàn)上，并啟動(dòng)直流發(fā)生器，直流發(fā)生器兆歐表輸出回路上的采樣電阻引出采樣信號(hào)，經(jīng)放大、轉(zhuǎn)換后，連接至單片機(jī)的輸入端，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，成為MΩ值，連接至液晶顯示屏顯示，鍵盤(pán)連接單片機(jī)主板，作為人----機(jī)操作輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子集成兆歐表，其特征在于選通開(kāi)關(guān)板為4個(gè)8選通開(kāi)關(guān)，選通開(kāi)關(guān)采用繼電器，單片機(jī)對(duì)繼電器的驅(qū)動(dòng)采用光耦隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子集成兆歐表，其特征在于單片機(jī)與液晶顯示屏采用8位并行數(shù)據(jù)線(xiàn)，單片機(jī)主板上的其他芯片與單片機(jī)的數(shù)據(jù)交換都使用I2C標(biāo)準(zhǔn)串行總線(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子集成兆歐表，其特征在于直流發(fā)生器板的電壓發(fā)生器是由開(kāi)關(guān)三極管和諧振變壓器組成的自激式振蕩電路，高壓輸出為500V，有電壓補(bǔ)償回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子集成兆歐表，其特征在于電壓檢測(cè)回路由選通的電動(dòng)機(jī)回路引線(xiàn)經(jīng)電阻、橋式整流器到地連接構(gòu)成，橋式整流器輸出電壓連接驅(qū)動(dòng)向單片機(jī)輸入開(kāi)關(guān)量的控制繼電器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子集成兆歐表，其特征在于控制回路由單片機(jī)輸出的開(kāi)關(guān)量連接驅(qū)動(dòng)切換繼電器構(gòu)成，切換繼電器切換選通的電動(dòng)機(jī)回路引線(xiàn)端子連接至直流發(fā)生器的兆歐表接線(xiàn)上。
專(zhuān)利摘要一種電子集成兆歐表，由單片機(jī)控制和管理，包括單片機(jī)主板、直流發(fā)生器板、液晶顯示屏、鍵盤(pán)、選通開(kāi)關(guān)板。在實(shí)施過(guò)程中由多個(gè)電動(dòng)機(jī)回路引線(xiàn)連接在選通開(kāi)關(guān)板的端子上，選通開(kāi)關(guān)板由單片機(jī)及其選通電路控制。同時(shí)單片機(jī)還控制直流發(fā)生器板的電壓檢測(cè)回路和兆歐表切換，并啟動(dòng)電壓發(fā)生器，遙測(cè)電動(dòng)機(jī)絕緣，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，送液晶顯示屏顯示。本實(shí)用新型是首先使用單片機(jī)技術(shù)的、在線(xiàn)的、能液晶屏幕顯示的、人機(jī)對(duì)話(huà)方式的、專(zhuān)用于集中式電動(dòng)機(jī)區(qū)域應(yīng)用的兆歐表。
文檔編號(hào)G01R27/02GK2650140SQ0324879
公開(kāi)日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2003年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月17日
發(fā)明者夏木春 申請(qǐng)人:夏木春