一種智能型兆歐表的設(shè)計

引言

絕緣電阻是電氣安全檢測項目中的一項重要內(nèi)容，而測得試品絕緣電阻60s的值r60與15s的值r15的比值k=r60/r15被稱為吸收比(對于大電容設(shè)備為lomin之值與lmin之值的比值，稱為極化指數(shù))，是檢驗絕緣是否嚴重受潮或存在局部缺陷的重要依據(jù)。兆歐表是測量絕緣電阻的專用儀表，應(yīng)用廣泛。而傳統(tǒng)的手搖指針式兆歐表，必須用手搖發(fā)電機保證有120r／s的轉(zhuǎn)速才能維持正常的輸出電壓，測量范圍小、誤差大、吸收比須在測量后另行計算，使用不便。

隨著電子技術(shù)的不斷進步，尤其是單片機(single-chlp microcontroller)的出現(xiàn)并不斷發(fā)展，引起了儀器儀表結(jié)構(gòu)的根本性變革。以單片機為主體取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)機械及電子線路，可以容易地將計算技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，形成智能化測量儀表。這種新型的智能化儀表在測量過程自動化、測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理、以及功能的多樣化方面都取得了巨大進展，并得到了廣泛應(yīng)用。

基于icl7135的智能型兆歐表采用mcs-51系列單片機875l和harris公司生產(chǎn)的

1 icl7135特性分析

tct7l35是harris公司采用先進的linmostm技術(shù)生產(chǎn)的高準確度、通用型、位bcd碼精度雙積分式a／d轉(zhuǎn)換器。它有許多優(yōu)良的特性，在本設(shè)計中能夠得到突出反映的有：

1)具有自動校零功能，自動較零的準確性僅受系統(tǒng)噪聲的影響，且偏差小于10μv；

2)有超量程(or)和欠量程(ur)信號，容易實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換；

3)設(shè)有6個控制信號端、同時進行字位輸出和bcd碼輸出，可與lcd譯碼／驅(qū)動器及單片機接口，進行數(shù)據(jù)處理，構(gòu)成智能化儀器；

4)滿量程為2 0000在±20000汁數(shù)范圍內(nèi)的準確度為±1個字。

2 硬件電路設(shè)計與實現(xiàn)

本設(shè)計主要由直流高壓產(chǎn)生電路、取樣電路、數(shù)據(jù)采集與控制器、譯碼／驅(qū)動lcd顯示4大部分組成。其原理框圖如圖l所示。

下面將分別介紹4部分組成及工作原理。

2.l 直流高壓產(chǎn)生電路

直流高壓產(chǎn)生電路如圖2所示。

將6v直流電源經(jīng)集成器件555和電阻r1及r2與電容c1接成的基本無穩(wěn)態(tài)振蕩模式，構(gòu)成高頻多諧振蕩器，振蕩頻率f=1.44／[(r1+r2)c1]，約為15 khz左右，產(chǎn)生的交變電壓經(jīng)脈沖變壓器升壓，次極的感應(yīng)電壓經(jīng)倍頻整流、濾波后，可得到約l000v的直流電壓作為測量用電壓。

2.2　取樣電路

取樣電路的作用足取得與測量值相關(guān)的電信號，用以計算、控制和顯示。劉測量的具體要求決定了取樣電路具體形式。本設(shè)計中取樣電路與icl7135連接，如圖3所示。

圖3中，rx為被測絕緣電阻、r3為量程調(diào)節(jié)電阻、r1、r2為取樣分壓電阻。

　　u為直流高壓產(chǎn)生電路提供的測量電壓，經(jīng)r1及r2分壓后(u2)加在7135的in-，經(jīng)rx、r3分壓后(u3)加在icl7135的cref-。

　　根據(jù)雙積分a／d轉(zhuǎn)換器的工作原理，轉(zhuǎn)換結(jié)果由式(1)得到。

式(1)中常數(shù)10000由lcl7135的正向積分固定時間t1=10000tcp決定，tcp為時鐘脈沖周期。10000即為正向積分階段的時鐘脈沖數(shù)。vin為vin+vin-之間的電勢差，在本設(shè)計中vi+接analog com，因此vin=vin+-vin-=-u2。vref在標準工作模式情況下為cref+與crdf-之間所接電容在自動調(diào)零階段充電所獲得的標準電壓值。在本設(shè)計中cref+與cref-之間不再接電容，將cref+接analogcom，同時將cref-與analog com間電壓鉗制為u3，cref+與cref-之間電壓為一u3。因此式(1)可表示為

由于icl7135的標準基準電壓值vref=lv，而加在rx與r3上的測量用電壓為1000v，所以rx》r3，使得u3≤2v。由于icl7135vin-上允許加的最大電壓值為o.8v，而加在r1與r2上的測量用電壓為1000v，所以r1與r2取值應(yīng)滿足r1》r2、u2≤o.8v。

式（2）可進一步表示為

可見，當r1、r2、r3取定時，rx值與測量電壓u無關(guān)，故能消除u變化劉結(jié)果的影響。

　　2.3 數(shù)據(jù)采集與控制及顯示部分

　　實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制和lcd顯示的硬件電路原理圖如圖4所示。圖中icl71 35、8155、8751構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，icm721l為lcd顯示驅(qū)動芯片，異或門cd4070配合icm7211驅(qū)動顯示模塊

esd81la。esd81la為大連東顯公司生產(chǎn)的

位lcd顯不器，足以滿足顯示需要。

具體工作原理為：取樣電路的電信號經(jīng)icl7135轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)寧信號，但a／d轉(zhuǎn)換的結(jié)果是動態(tài)的。74lsl57為4位2選l數(shù)據(jù)多路開關(guān)，其作用足根據(jù)高位選通信號d5的輸出不同，將萬位數(shù)據(jù)、過量程、欠量程標志或是icl7135的4個低位bcd碼送入8155。icl7135在發(fā)出選通脈沖時，將數(shù)據(jù)送入接口電路8155。而8751單片機則通過中斷查詢的方式讀取數(shù)據(jù)，并進行存儲。通過單片機定時分別獲取15s和60s的絕緣電阻值(或lmin和10min)，通過計算獲得吸收比(極化指數(shù))。將所得結(jié)果進行保存和適當?shù)拇a制轉(zhuǎn)換，響應(yīng)鍵盤以顯示絕緣電阻值或吸收比(極化指數(shù))。

　　3 軟件部分設(shè)計與實現(xiàn)

單片機的主程序流程圖如圖5所示。