CN103576084A - 一种机械开关触点抖动时间的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种机械开关触点抖动时间的测量方法及装置，首先从微型计算机启动抖动时间测试软件，完成用户设置后，进行FPGA系统的初始化，然后不断采样机械开关触点的状态，并将状态值保存在环形寄存器内；根据连续采样得到的机械开关触点的状态值，利用状态机的方法判断机械开关触点是否处于机械抖动状态；如果机械开关触点仍处于机械抖动状态，则累计机械抖动的时间，并继续采样机械开关触点状态；所有机械开关触点保持稳定状态后，测量数据上传到PC机并进行测量数据的分析与处理，处理结果显示在软件界面上。本发明具有操作简便、测量自动化程度高的特点，可以同时测量多达200个机械开关触点，抖动时间测量精度达到0.01mS。

Description

一种机械开关触点抖动时间的测量方法及装置

技术领域

本发明涉及测试仪器领域，尤其是机械开关触点抖动时间的测量方法及装置。 

背景技术

具有机械开关触点的低压电器，包括继电器、按钮开关、温度开关、刀开关等，在工业自动控制、家用电器、电力系统及自动化装置等领域，应用非常广泛。为确保低压电器正常工作，生产厂家必须对低压电器的性能进行严格检测，尤其是对低压电器的机械开关触点性能进行严格检测。

根据国家及企业规定的标准，测试检验低压电器十分繁琐、困难，国内多采用传统的模拟试验手段对其性能进行检测，这种方法不但效率低、劳动强度大、测量速度慢、误差大，而且对标准中规定的某些试验项目测量不准确，甚至有些项目根本无法检测，例如，机械开关触点的抖动时间就很难准确测量。 

发明内容

为了准确测量机械开关触点的抖动时间，本发明提供一种机械开关触点抖动时间的测量方法及装置。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种机械开关触点抖动时间的测量方法，包括如下步骤：

A) 启动运行于PC机的抖动时间测试软件，首先从软件界面接受用户输入，通过软件界面选择低压电器的类型、机械开关触点的数量，并点击“开始测量”命令；

B) 然后进行FPGA系统的初始化，包括对FPGA系统内部控制逻辑电路的初始化、计数器复位清0等；

C) 实时检测机械开关触点的状态，每隔0.01mS检测一次机械开关触点的状态，并将当前状态值保存在FPGA系统内部的环形寄存器内，所述环形寄存器能够寄存800个状态值；

D) 判断是否为机械抖动，根据连续实时检测得到的机械开关触点的800个状态值，采用状态机的方法判断机械开关触点是否处于机械抖动状态；

E) 如果机械开关触点仍处于机械抖动状态，则累计机械抖动的时间，并返回到步骤C)继续运行；

F) 如果机械开关触点不是处于机械抖动状态，则保存机械抖动时间，并等待PC机指令；

G) 用户判断所有机械开关触点保持稳定状态后，通过测试软件界面点击“结束测量”命令，则FPGA系统经串行口上传测量数据到PC机；

H) 进行测量数据的分析与处理，并将处理结果显示在软件界面上，同时保存处理结果。

一种机械开关触点抖动时间的测量装置，包括微型计算机（PC机）、抖动时间测试软件、FPGA芯片、有源晶振、RS232通信协议接口电路、液晶显示模块、上拉电阻和被检测的机械开关触点；其中，微型计算机通过RS232通信协议接口电路与FPGA芯片相连接；机械开关触点的一端接地，另一端与上拉电阻连接，并且连接到FPGA芯片；有源晶振连接到FPGA芯片；液晶显示模块与FPGA芯片相连接。

所述FPGA芯片是一种超大规模可编程逻辑器件，采用国际标准的硬件描述语言（VHDL语言）进行设计开发，用户对FPGA芯片完成设计开发后，就成为了一种具有用户所需要的特定功能的专用集成电路，这时FPGA芯片的功能完全由其内部纯硬件电路完成，所述FPGA芯片的型号是EP2C8Q208。

所述状态机的方法，是一种时序逻辑电路的设计方法，本发明利用 VHDL语言实现的状态机存在于FPGA芯片EP2C8Q208内部，能够准确地判断机械开关触点是否处于机械抖动状态。

所述抖动时间测试软件运行于微型计算机，包括以下模块：

A) 设置输入模块：从软件界面接受用户输入，通过软件界面设置低压电器的类型、机械开关触点的数量，并可以选择“开始测量”、“结束测量”指令；

B) 通信控制模块：按照RS232串行通信协议，控制实现微型计算机与FPGA芯片之间的数据通信；

C) 数据采集与处理模块：经RS232串行口采集测量数据，包括全部被检测机械开关触点的抖动时间数据，并将它们实时保存，同时经过信号滤波、数据较验、单位转换后，将得到的抖动时间显示在软件界面上。

所述抖动时间测试软件利用MSComm6.0控件由Visual Basic 6.0语言开发写成，对串行口的设置情况是：“波特率”为2400bps，无“校验位”，“数据位”为8，“停止位”为1。

本发明具有操作简便、测量自动化程度高的特点；由于本发明引入了FPGA芯片，所以能够获得较好的技术指标：可以同时测量多达200个机械开关触点，而且抖动时间的测量准确度高，抖动时间的测量精度达到0.01mS；另外，FPGA芯片的功能完全由其内部纯硬件电路完成，没有CPU程序，所以该系统的工作稳定性高。 

附图说明

图1为本发明的测量方法流程图。

图2为本发明的机械开关触点抖动时间测量装置实施实例的电路原理图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参考图1，要进行机械开关触点抖动时间的测量，用户需要首先打开测量系统电源，并且开启微型计算机。

从微型计算机启动抖动时间测试软件，从软件界面完成用户输入，用户通过软件界面选择低压电器的类型、机械开关触点的数量，这里的每一个设置输入都有一系统默认值，例如，低压电器的类型是复式按钮开关，机械开关触点的数量是200。

完成设置输入后，用户点击“开始测量”命令。接收到开始测量命令后，FPGA系统自动进行初始化，包括对FPGA系统内部控制逻辑电路的初始化、计数器复位清0等；然后，FPGA系统开始每隔0.01mS检测一次机械开关触点的状态，并将当前状态值保存在FPGA系统内部的环形寄存器内，所述环形寄存器能够寄存800个状态值，环形寄存器中总是保存着连续采样得到的当前最新的800个机械开关触点状态值；根据连续实时检测得到的机械开关触点的800个状态值，采用状态机的方法判断机械开关触点是否处于机械抖动状态；如果机械开关触点仍处于机械抖动状态，则累计机械抖动的时间，并继续采样机械开关触点状态，判断是否为机械抖动；如果机械开关触点不是处于机械抖动状态，则保存机械抖动时间且将该机械开关触点的抖动时间送到液晶显示模块显示出来，并等待PC机指令。

所有机械开关触点保持稳定状态后，用户点击“结束测量”命令。接收到结束测量命令后，FPGA系统经串行口上传测量数据到PC机；抖动时间测试软件进行测量数据的分析与处理，并将处理结果显示在软件界面上，同时保存处理结果。

如图2所示，本发明实施实例中，包括PC机、抖动时间测试软件、FPGA芯片EP2C8Q208、50MHz有源晶振、RS232通信协议接口电路、液晶显示模块LCM240128、上拉电阻R1~R6和被检测的机械开关触点K1~K2、SB1~SB3；其中，PC机通过RS232通信协议接口电路与FPGA芯片EP2C8Q208相连接；机械开关触点的一端接地，另一端分别与上拉电阻R1~R6连接，并且连接到FPGA芯片EP2C8Q208；50MHz有源晶振连接到FPGA芯片EP2C8Q208；液晶显示模块LCM240128与FPGA芯片EP2C8Q208相连接。

所述抖动时间测试软件运行于PC机，该测试软件利用MSComm6.0控件由Visual Basic 6.0语言开发写成，对串行口的设置情况是：“波特率”为2400bps，无“校验位”，“数据位”为8，“停止位”为1。

所述上拉电阻R1~R6，是阻值为10kΩ的排电阻，作上拉电阻使用，上拉电阻R1~R6的上端连接至电源+VCC，电源+VCC是+5V直流电源。

所述被检测的机械开关触点K1~K2、SB1~SB3，其中K1~K2表示刀开关的机械开关触点，抑或是继电器的触点；SB1表示常开按钮开关的机械开关触点；SB2表示常闭按钮开关的机械开关触点；SB3表示复式按钮开关的机械开关触点，它包括一个常开触点和一个常闭触点，二者是联动的；显然，该系统可以很方便地添加更多的待检测的机械开关触点。被检测的机械开关触点K1~K2、SB1~SB3的左端接地，右端分别与FPGA芯片EP2C8Q208的输入端ContactsIn[5..0]相连接。

所述RS232通信协议接口电路，由MAX232CPE芯片构成，实现TTL电平到RS232电平的转换，保证RS232通信协议顺利完成。

所述液晶显示模块LCM240128，当被检测的某个机械开关触点达到稳定状态后，用于实时显示该机械开关触点的抖动时间。EP2C8Q208的控制信号Contrl[6..0]分别与LCM240128的7个控制输入端连接，这7个控制输入端的引脚号分别是1、5、6、7、8、9、18；EP2C8Q208的数据输出信号Data[7..0] 与LCM240128的8个数据输入端D0~D7连接。

这一基于计算机和FPGA的机械开关触点抖动时间测量方法及装置，具有操作简便、测量自动化程度高的特点；可以同时测量多达200个机械开关触点，而且抖动时间的测量准确度高，抖动时间的测量精度达到0.01mS；另外，因为FPGA芯片的功能完全由其内部纯硬件电路完成，没有CPU程序，所以该测量装置的工作稳定性高。

Claims (4)

1.一种机械开关触点抖动时间的测量方法，其特征在于包括如下步骤：

A) 启动运行于PC机的抖动时间测试软件，首先从软件界面接受用户设置输入，然后点击“开始测量”命令；

B) FPGA系统的初始化；

C) 实时检测机械开关触点的状态，并将当前状态值保存在FPGA系统内部的环形寄存器内；

D) 判断是否为机械抖动，根据连续实时检测得到的机械开关触点状态值，采用状态机的方法判断机械开关触点是否处于机械抖动状态；

E) 如果机械开关触点仍处于机械抖动状态，则累计机械抖动的时间，并返回到步骤C)继续运行；

F) 如果机械开关触点不是处于机械抖动状态，则保存机械抖动时间，并等待PC机指令；

G) 用户判断所有机械开关触点保持稳定状态后，通过测试软件界面点击“结束测量”命令，则FPGA系统经串行口上传测量数据到PC机；

H) 进行测量数据的分析与处理，并将处理结果显示在软件界面上，同时保存处理结果。

2. 按照权利要求1所述的一种机械开关触点抖动时间的测量方法，其特征在于所述的FPGA系统由FPGA芯片构成，FPGA芯片是一种超大规模可编程逻辑器件，采用国际标准的硬件描述语言（VHDL语言）进行设计开发，对FPGA芯片完成设计开发后，就成为了一种具有用户所需要的特定功能的专用集成电路，这时FPGA芯片的功能完全由其内部纯硬件电路完成，所述FPGA芯片的型号是EP2C8Q208。

3. 按照权利要求1所述的一种机械开关触点抖动时间的测量方法，其特征在于所述的环形寄存器处于FPGA芯片内部，FPGA芯片每隔0.01mS检测一次机械开关触点的状态，并将当前状态值保存在FPGA芯片内部的环形寄存器内，所述环形寄存器能够寄存800个状态值。

4. 一种实现如权利要求1所述“一种机械开关触点抖动时间的测量方法”的测量装置，其特征在于：包括微型计算机（PC机）、抖动时间测试软件、FPGA芯片、有源晶振、RS232通信协议接口电路、液晶显示模块、上拉电阻和被检测的机械开关触点；其中，微型计算机通过RS232通信协议接口电路与FPGA芯片相连接；机械开关触点的一端接地，另一端与上拉电阻连接，并且连接到FPGA芯片；有源晶振连接到FPGA芯片；液晶显示模块与FPGA芯片相连接；所述抖动时间测试软件运行于微型计算机，包括以下模块：

A) 设置输入模块：从软件界面接受用户输入，通过软件界面设置低压电器的类型、机械开关触点的数量，并可以选择“开始测量”、“结束测量”指令；

B) 通信控制模块：按照RS232串行通信协议，控制实现微型计算机与FPGA芯片之间的数据通信；

C) 数据采集与处理模块：经RS232串行口采集测量数据，包括全部被检测机械开关触点的抖动时间数据，并将它们实时保存，同时经过信号滤波、数据较验、单位转换后，将得到的抖动时间显示在软件界面上。

Images