CN110244159A - 一种多功能电位器性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能电位器性能测试系统，包括控制系统、执行机构、数字万用表、上位机测试系统和电位器安装平台；上位机测试系统与控制系统之间通过RS422进行数据交互，控制系统根据上位机测试系统的指令控制执行机构带动待测试的电位器旋转；电位器安装平台用于安装待测试的电位器；数字万用表用于测试电位器的电阻数据并通过其自带的RS232串口将电阻数据反馈给上位机测试系统。本发明具有自动驱动电位器转动、可数字化显示、自动判读数据、测试精度高、测试过程方便快速，以及可批量测试等优点，显著提高了电位器入厂筛选和故障分析效率。

Description

一种多功能电位器性能测试系统

技术领域

本发明属于一种测试设备，具体涉及一种多功能电位器性能测试系统。

背景技术

多功能电位器测试系统主要用于电位器入厂检验和执行机构的出厂验收测试。该系统是测试电位器线性度和平滑性的装置。该装置由控制系统、执行机构、数字万用表、上位机测试系统和电位器安装平台五部分组成。其用途是测试电位器的输出特性；其一对入厂未进行装配的电位器进行测试，以筛选出不符合指标要求的电位器，保证执行机构产品的合格率；其二是对已安装电位器并准备出厂的执行机构进行验收测试，进一步为产品的质量提供保证。

现有的电位器测试方法主要有基于万用表或数字万用表等测试设备的直接读数法。这些方法均存在以下几方面的缺点：其一是人眼读数存在较大误差，不能及时捕捉到电位器的阻值突变，且不能保存测试过程中的数据；其二是这些方法属于开环方法，通过测试人员转动电位器以观测其阻值变化，测试人员不能保证匀速旋转电位器，这会导致较大的测试误差；其三是这些方法测试效率低下，不能满足大批量生产的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供了一种可数字化显示、自动判读数据、测试精度高、测试过程方便快速，以及可批量测试的多功能电位器测试系统，显著提高了电位器入厂筛选和故障分析效率。

本发明包括如下技术方案：一种多功能电位器性能测试系统，包括：控制系统、执行机构、数字万用表、上位机测试系统和电位器安装平台；上位机测试系统与控制系统之间通过RS422进行数据交互，控制系统根据上位机测试系统的指令控制执行机构带动待测试的电位器旋转；电位器安装平台用于安装待测试的电位器；数字万用表用于测试电位器的电阻数据并通过其自带的RS232串口将电阻数据反馈给上位机测试系统。

所述执行机构用于带动电位器旋转，以检测电位器的输出平滑性和线性度；执行机构采用有刷电机配合减速器或者无刷电机配合减速器，包括电机本体、减速器和编码器；电机和减速器共同构成执行机构的本体部分；选用高精度的编码器作为角度传感器，该编码器的角度通过RS485输出到控制系统与控制系统形成闭环控制回路；控制系统根据上位机测试系统的控制指令带动电位器安装平台上的电位器旋转，数字万用表将电位器的电阻数据通过RS232串口将电阻数据反馈给上位机测试系统；上位机测试系统根据控制系统反馈的编码器角度和接收的电阻数据进行处理，求得电位器的接触电阻变化和分辨力，通过选择使最大偏差达到最小的参考直线，获得电位器的独立线性度。

所述的控制系统包括基于FPGA的控制模块、RS422/485串口驱动模块、光耦隔离模块、基于H桥电路的驱动模块。

所述的基于FPGA的控制模块用于接收上位机测试系统的指令信息、接收执行机构编码器的角度值、执行机构PID控制算法实现、故障检测以及向上位机测试系统反馈执行机构编码器角度信息；基于FPGA的控制模块中的FPGA选用Xilinx公司的XC6SLX16可编程器件，利用FPGA完成各类数据的处理以及采用“位置环+速度环+电流环”三闭环全数字控制形式对执行机构位置进行调节，输出用于驱动H桥电路的PWM信号以及反馈编码器角度值至上位机测试系统.

所述的RS422/485串口驱动模块采用ADM2682E芯片，用于FPGA与上位机测试系统和执行机构串口间的电平转换；所述的光耦隔离模块的输入端接FPGA的PWM信号输出端口，输出端接执行机构的输入端口，用于保护FPGA芯片免受电压波动的影响和增加PWM信号带载能力的作用，光耦芯片采用HCPL-0630。

所述的基于H桥电路的驱动模块用于驱动执行机构旋转，选用IR公司的IR2183基于H桥电路的驱动模块中的驱动芯片接收光耦隔离模块输出的PWM信号，对其进行放大以驱动功率开关管；基于H桥电路的驱动模块中的功率开关管采用MOSFET，选用IR公司的irfh5007。

所述的上位机测试系统的用于接收数字万用表测得的电位器电阻数据、分析电阻值的变化进而判断电位器是否合格、显示测试曲线以及保存测试数据。

上位机测试系统对电位器进行判断的具体方法如下：计算所述数字万用表传输回来的电位器阻值的变化，即前一时刻的阻值减去当前时刻的阻值；将电位器阻值的变化转化为对应的角度变化，并与执行机构运行指令进行比较，如果电位器阻值变化与指令变化值的差值大于设计值，则电位器的输出性能较差，不满足检验条件，判断该电位器不合格，反之，则该电位器合格。

所述的电位器安装平台包括减速比为1的齿轮传动部分和多个电位器安装孔，安装孔和所述执行机构之间通过减速比为1的齿轮连接，实现执行机构同时驱动多只电位器进行测试。

所述执行机构采用有刷电机配合减速器或者无刷电机配合减速器。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明中所涉及的多功能电位器测试系统针对伺服机构的电位器失效分析困难的问题，设计一种综合测试系统，本系统主要由控制系统、执行机构、34401测试仪(数字万用表)、上位机测试系统和电位器安装平台组成，控制系统和执行机构共同驱动电位器旋转，34401测试仪和上位机测试系统分别负责测试电位器的输出电阻和分析并显示测试数据。可做到多个电位器同时测试。测试操作简单易行。

本发明中所涉及的执行机构闭环伺服控制技术，利用了执行机构闭环控制技术，实现了根据测试系统指令自动驱动电位器往返运动。采用该系统代替了人在回路的测试方法，避免了由于测试人员手动旋转带来的误差，提高了测试精度和效率。

本发明通过串口通信的方式实现了上位机测试系统对数字万用表的远程控制，并将电位器阻值传输到上位机测试系统进行处理、显示和保存，实现了测试数据的可视化和可追溯，提高了测试数据的准确性。

本发明通过设计电位器安装平台，实现了多只电位器同时测试的目的，大大提高了电位器入厂测试的效率和准确性。

本发明中所涉及的多功能电位器测试系统可以方便、快捷、有效地测试电位器的输出平滑性、独立线性度等特性，为设计人员分析电位器故障，提供了有效手段。解决了电位器入所后的批量筛选问题。处于国内领先水平。

附图说明

图1为多功能电位器性能测试系统组成示意图。

图2为控制系统电路示意图。

图3为待测试的电位器安装示意图。

图4为上位机测试系统流程图。

图5为控制系统系统软件流程图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明的多功能电位器性能测试系统，包括控制系统、执行机构、数字万用表(34401测试仪)、上位机测试系统和电位器安装平台。控制系统与上位机测试系统之间采用RS422通信，控制系统与数字万用表之间采用RS232通信，控制系统与执行机构的编码器采用RS485通信，各个部件之间相互通信配合实现电位器的性能测试。

所述的控制系统包括基于FPGA的控制模块、RS422/485串口驱动模块、光耦隔离模块、基于H桥电路的驱动模块；所述的基于FPGA的控制模块用于接收上位机测试系统的指令信息、接收执行机构编码器的角度值、执行机构PID控制算法实现、故障检测以及向上位机测试系统反馈执行机构编码器角度信息；基于FPGA的控制模块中的FPGA选用Xilinx公司的XC6SLX16可编程器件，利用FPGA完成各类数据的处理以及采用“位置环+速度环+电流环”三闭环全数字控制形式对执行机构位置进行调节，输出用于驱动H桥电路的PWM信号以及反馈编码器角度值至上位机测试系统.所述的RS422/485串口驱动模块采用ADM2682E芯片，用于FPGA与上位机测试系统和执行机构串口间的电平转换；所述的光耦隔离模块的输入端接FPGA的PWM信号输出端口，输出端接执行机构的输入端口，用于保护FPGA芯片免受电压波动的影响和增加PWM信号带载能力的作用，光耦芯片采用HCPL-0630。所述的基于H桥电路的驱动模块用于驱动执行机构旋转，选用IR公司的IR2183驱动芯片接收光耦隔离模块输出的PWM信号，对其进行放大以驱动功率开关管；功率开关管采用MOSFET，选用IR公司的irfh5007。该电路功耗低，驱动电流大。该芯片采取自举供电方式，最大电压可达500V，工作频率可达500kHz，并带有欠压锁定功能。所述的数字万用表是一款可以测量电阻、电压、电流等众多物理量的多功能测试仪，且可以通过其自带的RS232串口实现远程控制和数据传输；在本发明中其主要作用是测量电位器的电阻并通过其自带的RS232串口将测试数据反馈给上位机测试系统。

执行机构用于带动电位器旋转，以检测电位器的输出平滑性和线性度；执行机构采用有刷电机配合减速器或者无刷电机配合减速器，包括电机本体、减速器和编码器；电机和减速器共同构成执行机构的本体部分；选用高精度的编码器作为角度传感器，该编码器的角度通过RS485输出到控制系统与控制系统形成闭环控制回路；控制系统根据上位机测试系统的控制指令带动电位器安装平台上的电位器旋转，数字万用表将电位器的电阻数据通过RS232串口将电阻数据反馈给上位机测试系统；上位机测试系统根据控制系统反馈的编码器角度和接收的电阻数据进行处理，求得电位器的接触电阻变化和分辨力，通过选择使最大偏差达到最小的参考直线，获得电位器的独立线性度。

上位机测试系统的功能包括接收数字万用表测得的电位器电阻数据、分析电阻值的变化进而判断电位器是否合格、显示测试曲线以及保存测试数据。

所述电位器安装平台包括减速比为1的齿轮传动部分和多个电位器安装孔，安装孔和所述执行机构之间通过减速比为1的齿轮连接，实现了一个执行机构同时驱动多只电位器进行测试的目的。

为了代替了人在回路的测试方法，提高测试精度，本发明采用控制系统和执行机构来实现自动驱动电位器运动。如图2所示，所述控制系统包括：基于FPGA的控制模块、RS422/485串口驱动模块、光耦隔离模块、基于H桥电路的驱动模块、电源模块。

基于FPGA的控制模块用于接收上位机的指令信息、接收编码器的角度反馈值、实现控制算法、输出用于驱动执行机构的PWM信号以及反馈给上位机编码器角度值；RS422/485串口驱动模块用于FPGA与上位机和编码器串口间的电平转换；光耦隔离模块的输入端接FPGA的PWM信号输出端口，输出端接驱动芯片的输入端口，主要保护FPGA芯片免受电压波动的影响和增加PWM信号带载能力的作用；基于H桥电路的驱动模块主要包括功率驱动芯片和MOSFET功率器件，其作用是驱动执行机构旋转；电源模块包括直流电源和二次电源，用于给各类芯片和执行机构供电。

如图3所示，所述电位器安装平台包括减速比为1的五个齿轮传动部间和多个电位器安装孔，周围四个齿轮与电位器相连，中间一个与执行机构连接，且该齿轮通过执行机构带动周围四个转动从而带动电位器旋转，实现了一个执行机构同时驱动多只电位器进行旋转测试的目的。

如图4所示，所述上位机测试系统的功能包括发送控制指令到控制系统、接收数字万用表测得的电位器电阻数据、分析电阻值的变化进而判断电位器是否合格、显示测试曲线以及保存测试数据。具体流程：初始化各类参数，进入测试状态等待模式，在该模式中分别选择数字万用表和角度编码器数据传输的串口号，然后开始测试，测试系统发送指令到控制系统同时接收数字万用表(34401测试仪)发送的数据，可以在测试系统界面观测电位器的阻值变化，结束测试即可停止本次测试。结束测试后该测试系统可以自动判断电位器阻值输出是否平滑，并显示最大阻值变化，同时也可以进行人工查看测试数据并进行判断。

如图5所示，所述控制系统核心算法由FPGA实现，FPGA选用Xilinx公司的XC6SLX16可编程器件，利用FPGA完成各类数据的处理以及运算，首先系统上电后复位，之后接收编码器反馈的角度值，然后等待测试指令，当接收到测试指令后采用“位置环+速度环+电流环”三闭环全数字控制形式对执行机构位置进行调节，最后将PID运算的结果转化为PWM信号输出。

本发明未详细描述的内容属于本领域公知常识。

Claims (10)

1.一种多功能电位器性能测试系统，其特征在于：包括控制系统、执行机构、数字万用表、上位机测试系统和电位器安装平台；上位机测试系统与控制系统之间通过RS422进行数据交互，控制系统根据上位机测试系统的指令控制执行机构带动待测试的电位器旋转；电位器安装平台用于安装待测试的电位器；数字万用表用于测试电位器的电阻数据并通过其自带的RS232串口将电阻数据反馈给上位机测试系统。

2.根据权利要求1所述的多功能电位器性能测试系统，其特征在于，所述执行机构用于带动电位器旋转，以检测电位器的输出平滑性和线性度；执行机构采用有刷电机配合减速器或者无刷电机配合减速器，包括电机本体、减速器和编码器；电机和减速器共同构成执行机构的本体部分；选用高精度的编码器作为角度传感器，该编码器的角度通过RS485输出到控制系统与控制系统形成闭环控制回路；控制系统根据上位机测试系统的控制指令带动电位器安装平台上的电位器旋转，数字万用表将电位器的电阻数据通过RS232串口将电阻数据反馈给上位机测试系统；上位机测试系统根据控制系统反馈的编码器角度和接收的电阻数据进行处理，求得电位器的接触电阻变化和分辨力，通过选择使最大偏差达到最小的参考直线，获得电位器的独立线性度。

3.根据权利要求2所述的多功能电位器性能测试系统，其特征在于，所述的控制系统包括基于FPGA的控制模块、RS422/485串口驱动模块、光耦隔离模块、基于H桥电路的驱动模块。

4.根据权利要求3所述的多功能电位器性能测试系统，其特征在于，所述的基于FPGA的控制模块用于接收上位机测试系统的指令信息、接收执行机构编码器的角度值、执行机构PID控制算法实现、故障检测以及向上位机测试系统反馈执行机构编码器角度信息；基于FPGA的控制模块中的FPGA选用Xilinx公司的XC6SLX16可编程器件，利用FPGA完成各类数据的处理以及采用“位置环+速度环+电流环”三闭环全数字控制形式对执行机构位置进行调节，输出用于驱动H桥电路的PWM信号以及反馈编码器角度值至上位机测试系统。

5.根据权利要求3所述的多功能电位器性能测试系统，其特征在于，所述的RS422/485串口驱动模块采用ADM2682E芯片，用于FPGA与上位机测试系统和执行机构串口间的电平转换；所述的光耦隔离模块的输入端接FPGA的PWM信号输出端口，输出端接执行机构的输入端口，用于保护FPGA芯片免受电压波动的影响和增加PWM信号带载能力的作用，光耦芯片采用HCPL-0630。

6.根据权利要求3所述的多功能电位器性能测试系统，其特征在于，所述的基于H桥电路的驱动模块用于驱动执行机构旋转，选用IR公司的IR2183基于H桥电路的驱动模块中的驱动芯片接收光耦隔离模块输出的PWM信号，对其进行放大以驱动功率开关管；基于H桥电路的驱动模块中的功率开关管采用MOSFET，选用IR公司的irfh5007。

7.根据权利要求1所述的多功能电位器性能测试系统，其特征在于，所述的上位机测试系统的用于接收数字万用表测得的电位器电阻数据、分析电阻值的变化进而判断电位器是否合格、显示测试曲线以及保存测试数据。

8.根据权利要求7所述的多功能电位器性能测试系统，其特征在于，上位机测试系统对电位器进行判断的具体方法如下：计算所述数字万用表传输回来的电位器阻值的变化，即前一时刻的阻值减去当前时刻的阻值；将电位器阻值的变化转化为对应的角度变化，并与执行机构运行指令进行比较，如果电位器阻值变化与指令变化值的差值大于设计值，则电位器的输出性能较差，不满足检验条件，判断该电位器不合格，反之，则该电位器合格。

9.根据权利要求1所述的多功能电位器性能测试系统，其特征在于，所述的电位器安装平台包括减速比为1的齿轮传动部分和多个电位器安装孔，安装孔和所述执行机构之间通过减速比为1的齿轮连接，实现执行机构同时驱动多只电位器进行测试。

10.根据权利要求1所述的多功能电位器性能测试系统，其特征在于，所述执行机构采用有刷电机配合减速器或者无刷电机配合减速器。