电磁式继电器特性参数测量仪

1、2009 年苏州地区 amd 杯高校大学生电子设计竞赛设计报告题目：电磁式继电器特性参数测量仪队号：09053 2009 年苏州地区amd 杯高校大学生电子设计竞赛设计报告1 电磁式继电器特性参数测量仪（c 题）常熟理工学院物理与电子工程学院参赛队员：陈庆荣郑南王保峰摘要： 该电磁继电器特性参数测量仪以用8 为 mcu 作为主控制器，并通过该muc 的 da 转换输出可控稳压电源加载到继电器两端。测量继电器的最小吸合电压时，使 da 输出电压从低电压到高电压变化，当继电器闭合时，记录此时的 da 转化电压并显示在数码管上，测量释放点压的加压顺序正好相反。关键词：电磁继电器吸合电压释放电压吸合时

2、间释放时间一、方案论证与比较1、可变恒压源模块在可变恒压源模块的选择方面，可以在外部电路中使用恒压芯片搭建一个电压可调的恒压电路，但是最简单也最容易想到的就是，直接使用单片机da转换输出一个电压，通过外部电路放大一定的倍数到想要的电压范围。同时它还具有节约元件，降低模块的复杂程度，使得电路分析更加的简单。2、测量吸合和释放时间模块只需一个比较器，在比较器的任意一端接一个适当的参考电压，在另一端连接继电器的次级一端，继电器的另一端接地。由于额定工作电压是由单片机提供的，当单片机判断继电器前级处于闭合（或断开）状态时，单片机开启计数功能，当单片机收到继电器次级通过比较器发来的继电器次级吸合（或释放

3、）的信号时，停止计数器并计算吸合（或释放）时间将它通过数码管输出。3、单片机的选择首先由于测量的继电器吸合和释放的时间只有几毫秒，所以要选用速度较快的 c8051f60。其次在资源方面，我们做的这个系统需要较多的中断，在这方面，8051 也不能满足。综合这两个方面，我们选择了功能较全的c8051f060单片机。4、测电阻模块使用伏安法测电阻，在用种方法测量电阻时，为了测量精准需要提供一个恒流源，这样单片机检测到电阻两端的电压，除以恒流源的数值就能够较为精准的测出电阻的大小。我们讨论使用方案二用外围电路搭建一个横流源，当继2009 年苏州地区amd 杯高校大学生电子设计竞赛设计报告2 电器次级吸

4、合之后，使恒流源通过待测的触点，将触电两端的电压通过ad 转换送到单片机进行数据处理，最后把处理好的数据送到数码管显示。二、 系统设计1、整体设计根据题目的要求，经过队员的仔细分析和商讨，制定了如图1 所示的整体设计流程：图 1 整体设计流程图该系统的核心是 c8051f060单片机，通过按键控制单片机的测量模式，可以进行吸合时间、释放时间、最小吸合电压、最大释放电压和触点间电压的单独测量，还可以进行自动测量，将测得的数据依次的显示在数码管上。2、电压放大电路模块由于单片机 da 输出的电压很小不足以使电磁继电器工作，所以将单片机输出的电压经过该模块放大之后施加在电磁继电器两端，该模块可以将单

5、片机输出的电压放大5 倍，可以达到继电器正常工作时的电压，电压放大电路如图2 所示：电压放大电路模块检测电路电磁继电器吸合时间、释放时间及最小吸合电压和最大释放电压测量数码管显示模块触点间电阻测量模块c8051f060单片机按键2009 年苏州地区amd 杯高校大学生电子设计竞赛设计报告3 图 2 电压放大电路模块图 3 时间和电压测量模块3、测量时间和电压模块实际上测量时间和电压的模块就是在电磁继电器的次级连接一个比较器，当继电器次级状态发生变化时，比较器的输出也会跟着发生变化，并将变化的信息送给单片机，单片机识别信息后跳出中断，计算数值并将它输出到数码管上。该模块如图3 所示。4、继电器触

6、电间电阻测量模块使用 tl431 芯片产生 2.5v 的压降，通过电阻产生1ma 的电流，通过如图4 所示的恒流源扩展电路在lr 上流过的电流大小为693.5ma， 将lr 上的通过单片机的 i/o 口送入单片机进行处理，把处理完的lr 阻值数据输出的数码管上显示出来。图 4 693.5ma 恒流源产生电路三、 软件设计打开电源，单片机进入初始化程序，系统处于复位状态，等待有按键按下，并判断是哪一个按键。如果是自动测量，系统自动顺序完成所有参数的测量和当再去按相应的测量按键时，将会把对应的测量参数输出到数码管上显示出来，如果是单个参数的测量，则单2009 年苏州地区amd 杯高校大学生电子设计

7、竞赛设计报告4 片机转入执行相应的程序进行要求参数的单个测量并将测得的结果显示在数码管上。图 5 软件设计流程图四、 系统测试1、电压放大电路模块放大倍数的测量每增加 0.1v 的输入用万用表测量一次输出端的电压并记录下来，最后测量的结果如表 1：表 1 数控恒压源模块放大倍数的测量ui（ v）1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 uo（v） 5.28 5.80 6.34 6.84 7.35 7.88 8.37 8.93 ui（ v）1.80 1.90 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 uo（v）9.34 9.93 10.48

8、 10.97 11.53 12.01 12.56 13.12 开始n y 测 最 小 吸合电压键测 最 大 释放电压键测 最 吸 合电压键测 量 释 放电压键测 量 电 阻键模 式 选 择键自动手动自动手动自动手动自动手动自动手动自动手动测量测量测量测量测量测量显示有无按键按下？2009 年苏州地区amd 杯高校大学生电子设计竞赛设计报告5 由计算可知该电压放大电路的放大倍数非常的稳定。2、最小吸合电压 (用 umin 表示)和最大释放电压的测量(用 umax 表示 ) 每测量一次最小吸合电压，就测量一次最大释放电压，采用相间测量的方法进行数据的采集，测得的数据如表2：表 2 最小吸合电压和最

9、大释放电压的测量umin(v) 8.126 8.030 8.030 8.030 8.030 7.982 7.982 7.982 umax(v) 2.623 2.623 2.575 2.575 2.576 2.575 2.575 2.575 由表 2 经计算得到电压波动范围在1%以内， 能够满足要求的精度高于5%。3、吸合时间 (用 t1 表示)和释放时间的测量 (用 t2 表示) 吸合和释放时间的测量也是采用两个相间测量的方法，测得的数据如表3：表 3 吸合时间和释放时间的测量t1(ms) 4.068 4.056 4.051 4.045 4.060 4.071 4.088 4.058 t2(m

10、s) 3.372 3.374 3.372 3.372 3.373 3.367 3.372 3.358 由此计算出吸合时间的误差在要求的5%范围内，释放时间的误差比要求的5%要小很多只有 0.35%。4、时间校准我们在做好系统之后，做了时间的校准试验，下面是测得的时间和示波器提供的信号源的时间如表4。表 4 时间校准实际时间 ms 2.016 2.872 4.064 5.488 测得时间 ms 2.030 2.895 4.096 5.529 由上面得到的数据可以计算出时间的精确度在1.5%以内，说明我们测得的时间是相当精确的。5、继电器次级触点间的电阻(用xr 表示) 由于电阻的测量不能和其他的

11、测试项交叉测量，所以只能按动依次按键进行单独的测量，测量的结果如表5：表 5 继电器次级触点间的电阻xr(m) 9.90 10.01 10.22 10.22 10.33 10.17 1022 10.17 由计算可知：电阻的测量误差为2.5%，比要求的5%要精确很多。2009 年苏州地区amd 杯高校大学生电子设计竞赛设计报告6 五、 总结在设计中， 采用 c8051f060 单片机作为整个系统的控制核心，输出测量继电器吸合时间、释放时间、最小吸合电压和最大释放电压所需要的恒定电压。这个课题的难点在于电阻的测量，需要外接电路提供一个恒流源，经过老师的指导，我们最终完成了这个恒流源电路的设计。整个系统不但能够实现课题的基本要求，还实现了提高部分