一款智能參數(shù)測試儀的設(shè)計

　　0 引言

　　產(chǎn)品檢測是生產(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)可靠運行的重要保證，因此，必須對繼電器的特性參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測試。電磁繼電器的電氣參數(shù)主要有線圈電阻、觸點接觸電阻、吸合電壓、釋放電壓、吸合時間、釋放時間等。這些參數(shù)對研究繼電器可靠性、動態(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、測試結(jié)果顯示模塊、檢測程序存儲模塊FLASH、檢測電路模塊以及SRAM 模塊。系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。

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　　1.2 系統(tǒng)微處理器

　　本系統(tǒng)主要由檢測部分和顯示控制部分組成。在本設(shè)計中，采用了高性能的ARM Cortex 芯片STM32F103ZET6.

　　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,并且具有運算速度快、體積小和低功耗的特點，完全能滿足本設(shè)計的要求。Cortex-M3 是一個32 位的核，它采用的是Tail-Chaining 中斷技術(shù)，最多可減少12 個時鐘周期數(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)，可對獨立的引腳進(jìn)行調(diào)試。

　　1.3 系統(tǒng)工作流程

　　系統(tǒng)上電后，首先完成對各個寄存器的初始化工作，然后等待開始檢測命令;單擊上位機界面上的START 命令，然后上位機給單片機發(fā)送開始檢測命令;單片機接到開始命令后開始向檢測電路發(fā)送檢測命令，然后單片機處理檢測電路發(fā)回的數(shù)據(jù)，得出繼電器的各個參數(shù)，通過串口把這些參數(shù)顯示在上位機的界面上。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2.1 驅(qū)動電壓的設(shè)計

　　為了準(zhǔn)確測出繼電器的吸合電壓，必須得到一個從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)實際的要求在這中間找到一個平衡點。圖2 所示為系統(tǒng)驅(qū)動電壓電路。

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　　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輸入端，DA_SCK 是串行時鐘輸入端，DOUT 是用于級聯(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。由于從TLC5615 輸出的模擬信號很小，不能驅(qū)動繼電器，所以，本設(shè)計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

　　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試電路模塊。在測試吸合/ 釋放電壓時，首先ARM Cortex 發(fā)出測試參數(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 連接所測繼電器觸點一端，具體電路如圖3 所示。

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　　為了解決單片機的I/O 驅(qū)動能力不足的問題， 選用ULN2003 作為繼電器的驅(qū)動芯片。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)時承受50 V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運行。它采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動繼電器。ULN2003 的每一對達(dá)林頓管都串聯(lián)一個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)。通常單片機驅(qū)動ULN2003 時，上拉2 kΩ 的電阻，同時，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 機進(jìn)行通信，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，STM32 作為下位機負(fù)責(zé)接收上位機的指令以及控制各部分電路并處理數(shù)據(jù)，然后向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)，PC 機接收數(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[6].由于篇幅所限，本文未對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

　　系統(tǒng)軟件部分主要包括STM32 微處理器控制程序和上位機程序兩部分。由于下位機軟件使用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[7],選擇用IAR SYSTEM 作為下位機的控制平臺開發(fā)工具。