CN112820584B - 一种继电器参数测试电路和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种继电器参数自动测试电路和方法,主控单元通过输出隔离单元控制所述电压调整单元输出电压至继电器供电端;通过输入隔离单元采集所述继电器的触点动作;记录继电器的动作时间和返回时间;电压调整单元在主控单元的控制下调整加载在继电器供电端的电压值。本发明不需要人工反复调整继电器线圈的驱动电压,也不需要人为的控制是否给继电器线圈提供驱动电压,减少了继电器参数测试时的工作量,提高了继电器参数测试的效率。本发明还通过光耦来控制是否给继电器的线圈提供驱动电压,以及结合处理器内部的两个定时器来实现动作时间和返回时间的自动测量。
Description
技术领域
本发明涉及继电器测试技术领域,尤其涉及一种继电器参数测试电路和方法。
背景技术
在继电保护装置中,继电器作为其核心元器件,继电器参数显得尤为重要。继电器的关键参数包括动作电压、动作时间、返回电压和返回时间等,传统的继电器动作电压测量方法是人为的给继电器线圈两端施加一定的电压值,人工反复调整电压值的范围,直至继电器的触点动作。返回电压的测试方法与动作电压的测试方法相似。传统的继电器动作时间测量方法是人为通过设备给继电器线圈两端施加初始值为0V的电压,并锁定输出,将触点端子接入到设备的开入量输入端,修改电压值为继电器的额定电压值,解除锁定,会在设备的上位机软件上得到动作时间。返回时间的测试方法与动作时间的测试方法相似。对于大量的继电器参数测试,这种传统方法显得尤为繁琐、效率低。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种继电器参数测试电路和方法,不需要人工反复调整继电器线圈的驱动电压,也不需要人为的控制是否给继电器线圈提供驱动电压,减少了继电器参数测试时的工作量,提高了继电器参数测试的效率。
为达到上述目的,本发明提供了一种继电器参数测试电路,包括电源模块、电压调整单元、输出隔离单元、输入隔离单元以及主控单元;
所述电源模块为整个电路提供电源;
所述电压调整单元在主控单元的控制下调整加载在继电器供电端的电压值;
所述主控单元通过输出隔离单元控制所述电压调整单元输出电压至继电器供电端;通过输入隔离单元采集所述继电器的触点动作;记录继电器的动作时间和返回时间。
进一步地,所述电压调整单元包括放大单元和输入电压调整单元;所述放大单元对输入电压放大后加载在继电器供电端;所述输入电压调整单元调整所述放大单元对输入电压。
进一步地,所述放大单元包括运算放大器,第一电阻、第二电阻以及第三电阻;所述输入电压调整单元包括第四电阻以及数字电位器;
所述第一电阻一端连接所述运算放大器的反向输入端,另一端接地;所述第二电阻一端连接所述运算放大器的反向输入端,另一端连接所述运算放大器的输出端;所述第三电阻的一端连接所述运算放大器的正向输入端,另一端连接数字电位器的一端,数字电位器的另一端接地;所述第四电阻一端连接电源正输入端,另一端连接数字电位器的一端,数字电位器由所述主控单元调整阻值。
进一步地,所述输出隔离单元包括第一光电耦合器,第一光电耦合器的输入端由所述主控单元控制导通或断开,所述第一光电耦合器的输出端连接在所述放大单元的输出端与继电器供电端之间,当所述第一光电耦合器导通后,所述放大单元的输出电压加载至继电器供电端。
进一步地,所述输入隔离单元包括第二光电耦合器,第二光电耦合器的输入端经继电器触点控制上电导通;第二光电耦合器的正输出端电压反馈至所述主控单元;当继电器触点导通时,第二光电耦合器向所述主控单元输出低电压;当继电器触点断开时,第二光电耦合器向所述主控单元输出高电压。
进一步地,所述主控单元包括第一定时器和第二定时器;
所述主控单元控制输出隔离单元导通,所述电压调整单元输出电压至继电器供电端;所述主控单元调整所述电压调整单元输出电压值逐渐增大;当采集到继电器触点闭合时,记录此时电压调整单元输出电压值为继电器动作电压;
所述主控单元调整所述电压调整单元输出电压值逐渐减小;当采集到继电器触点断开时,记录此时电压调整单元输出电压值为继电器返回电压;
所述主控单元断开输出隔离单元,调整所述电压调整单元输出电压值为继电器的额定电压;所述主控单元控制输出隔离单元导通,同时使能第一定时器开始计时,当采集到继电器触点闭合时,停止第一定时器计时,记录继电器动作时间;
所述主控单元发出开输出隔离单元,同时使能第二定时器开始计时,当采集到继电器触点断开时,停止第二定时器计时,记录继电器返回时间。
进一步地,所述主控单元通过SPI总线发送命令调整数字电位器的阻值。
本发明另一方面提供一种
一种基于继电器参数测试方法,包括:
控制输出隔离单元导通,电压调整单元输出电压至待进行参数测试的继电器供电端;
调整所述电压调整单元输出电压值逐渐增大,确定所述继电器触点闭合时的继电器动作电压;
调整所述电压调整单元输出电压值逐渐减小,确定继电器触点断开时的继电器返回电压;
断开输出隔离单元,调整所述电压调整单元输出电压值为所述继电器的额定电压;
控制输出隔离单元导通,且使能第一定时器开始计时,当所述继电器触点闭合时,将第一定时器计时作为所述继电器动作时间;
导通输出隔离单元,且使能第二定时器开始计时,当采集到继电器触点断开时,将第二定时器计时作为继电器返回时间。
进一步地,所述电压调整单元包括放大单元和输入电压调整单元;所述放大单元对输入电压放大后加载在继电器供电端;所述输入电压调整单元调整所述放大单元对输入电压;
所述放大单元包括运算放大器,第一电阻、第二电阻以及第三电阻;所述输入电压调整单元包括第四电阻以及数字电位器;
所述第一电阻一端连接所述运算放大器的反向输入端,另一端接地;所述第二电阻一端连接所述运算放大器的反向输入端,另一端连接所述运算放大器的输出端;所述第三电阻的一端连接所述运算放大器的正向输入端,另一端连接数字电位器的一端,数字电位器的另一端接地;所述第四电阻一端连接电源正输入端,另一端连接数字电位器的一端,数字电位器由所述主控单元调整阻值;运算放大器U1的输出端电压值为Vo为:
其中,Vi为运算放大器的输入电压,1024为数字电位器的分辨率,k为数字电位器的阻值系数,取值范围为1~1024,V表示伏特。
进一步地,继电器动作时间To计算公式如下:
T0=((1+TIM1Precaler)/48×TIM1_CNT+9)us
继电器返回时间Tr计算公式如下:
Tr=((1+TIM2Precaler)/48×TIM2_CNT+9)us
TIMlprecaler为第一定时器时钟的分频系数,TIM1_CNT表示定时器的计数值,TIM2precaler为第二定时器时钟的分频系数,TIM2_CNT表示定时器的计数值,us表示微秒。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果:
(1)本发明将待测继电器接入测试电路中,处理器通过SPI总线调整数字电位器的阻值来调整继电器线圈的驱动电压,从而实现动作电压和返回电压的自动测试。本发明还通过光耦来控制是否给继电器的线圈提供驱动电压,以及结合处理器内部的两个定时器来实现动作时间和返回时间的自动测量。
(2)本发明不需要人工反复调整继电器线圈的驱动电压,也不需要人为的控制是否给继电器线圈提供驱动电压,减少了继电器参数测试时的工作量,提高了继电器参数测试的效率。
附图说明
图1是继电器参数自动测试电路原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式并参照附图,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提供了一种继电器参数自动测试电路,如图1所示,该继电器参数自动测试电路包括电源模块、电压调整模块、输出隔离单元、输入隔离单元以及主控单元。
电源模块为整个电路提供电源。AMS1117-3.3LDO用于将5V转3.3V为处理器、光耦和继电器供电,两片LT8362用于将5V转48V和30V分别为ADA4522-1和AD5292供电。
电压调整单元在主控单元的控制下调整加载在继电器供电端的电压值;包括放大单元和输入电压调整单元;所述放大单元对输入电压放大后加载在继电器供电端;所述输入电压调整单元调整所述放大单元对输入电压。放大单元包括运算放大器,电阻R1、电阻R2以及电阻R7;输入电压调整单元包括电阻R6以及数字电位器;
电阻R1一端连接所述运算放大器的反向输入端,另一端接地;电阻R2一端连接运算放大器的反向输入端,另一端连接所述运算放大器的输出端;电阻R7的一端连接所述运算放大器的正向输入端,另一端连接数字电位器的一端,数字电位器的另一端接地;电阻R6一端连接电源正输入端,另一端连接数字电位器的一端,数字电位器由主控单元调整阻值。
输出隔离单元包括光电耦合器U4,光电耦合器U4的输入端由主控单元控制导通或断开,第一光电耦合器的输出端连接在所述放大单元的输出端与继电器供电端之间,当所述第一光电耦合器导通后,所述放大单元的输出电压加载至继电器供电端。
输入隔离单元包括光电耦合器U5,光电耦合器U5的输入端经继电器触点控制上电导通;光电耦合器U5的正输出端电压反馈至所述主控单元;当继电器触点导通时,光电耦合器U5向所述主控单元输出低电压;当继电器触点断开时,光电耦合器U5向所述主控单元输出高电压。
主控单元可以选择处理器,通过输出隔离单元控制所述电压调整单元输出电压至继电器供电端;通过输入隔离单元采集所述继电器的触点动作;记录继电器的动作时间和返回时间。
在一个实施例中,处理器通过SPI总线调整数字电位器ADA5292的阻值来改变运算放大器ADA4522-1输入端的电压,使得运放放大器U1的输入端的电压在0到3.3V之间变化。运算放大器U1将输入端0到3.3V的电压放大至0到48V,运算放大器U1的输出端经光耦U4的副边连接到继电器J1的线圈,继电器J1线圈的另一端连接到GND。光耦U4的原边一端连接到GND,另一端经电阻R3连接到处理器的GPIO管脚。当处理器GPIO管脚发出高电平使光耦U4导通,可以使得运算放大器U1输出端的电压施加到继电器J1的线圈上。继电器J1的触点一端连接到3.3V,另一端经电阻R4连接到光耦U5的原边。继电器触点动作后,就会使得光耦U5导通,电阻R5的一端连接到3.3V,另一端同时连接到光耦U5的副边和处理器的GPIO管脚,这样处理器可以监控光耦U5集电极的电平来判断继电器J1的触点是否动作,当处理器GPIO管脚输入为低电平时,代表继电器J1触点动作,反之,代表继电器触点J1没有动作。
本发明另一方面提供一种继电器参数自动测试方法,用于测试继电器的动作电压、返回电压、动作时间和返回时间。对于不同额定电压的继电器,运算放大器U1输入端的电压也不相同。下面以24V继电器为例对本发明的测试方法进行进一步说明。
处理器通过串口从上位机来获取继电器的型号以及额定电压,继电器的型号为ST2-DC24V,额定电压为24V。
处理器GPIO管脚发出高电平使光耦U4原边二极管导通,与此同时,U4的副边也导通,来给继电器J1提供驱动电压;
处理器通过SPI总线发送命令调整数字电位器U2的阻值来改变运算放大器U1的输入端电压Vi从0V逐渐增大,R为数字电位器AD5292的标称值,k是用来调整Vi的变量,运算放大器U1的输出端电压值为Vo。
其中1024为数字电位器的分辨率,数字电位器阻值的改变是通过变量k来控制的,k的取值范围为1~1024。
处理器通过监控光耦集电极的电平来判断继电器J1的触点是否动作,当采集到低电平时,记录此时的电压值为动作电压Vov:
Kov代表的是动作电压Vov对应数字电位器的阻值系数。处理器通过SPI总线发送命令调整数字电位器U2的阻值来实现运算放大器U1的输入端电压Vi从额定电压逐渐减小,运算放大器U1的输出端电压值为Vo;当采集到高电平时,记录此时的电压值为返回电压Vro;
Kro代表的是返回电压Vro对应数字电位器的阻值系数,0.3V为光耦副边Vce饱和导通的压降。处理器GPIO管脚发出低电平使光耦U4原边二极管断开,与此同时,U4的副边也断开,处理器通过SPI总线发送命令调整数字电位器U2的阻值使U1的输出电压为继电器J1的额定电压;
处理器GPIO管脚发出高电平使光耦U4原边二极管导通,与此同时,U4的副边也导通,同一时刻,使能处理器的定时器TIM1,当采集到低电平时,停止定时器TIM1计时,记录动作时间To;
T0=((1+TIM1Precaler)/48×TIM1_CNT+9)us
处理器内部定时器在使用时是需要设置定时器的时钟,处理器的外部时钟为48Mhz,TIM1precaler变量代表的是定时器时钟的分频系数,通过这个变量设置定时器的时钟频率为1Mhz,TIM1_CNT表示定时器的计数值,9代表的是光耦导通的延时时间,为了测试的准确性,这里加上了光耦导通的延时时间。us代表时间单位微秒。
处理器GPIO管脚发出低电平使光耦U4原边二极管断开,与此同时,U4的副边也断开,同一时刻,使能处理器的定时器TIM2,当采集到高电平时,停止定时器TIM2计时,记录返回时间Tr。
Tr=((1+TIM2Precaler)/48×TIM2_CNT+9)us
TIM2_CNT表示定时器的计数值。
本发明的继电器参数自动测试电路和方法,不需要人工反复调整继电器线圈的驱动电压,也不需要人为的控制是否给继电器线圈提供驱动电压,减少了继电器参数测试时的工作量,提高了继电器参数测试的效率。
综上所述,本发明涉及一种继电器参数测试电路和方法,主控单元通过输出隔离单元控制所述电压调整单元输出电压至继电器供电端;通过输入隔离单元采集所述继电器的触点动作;记录继电器的动作时间和返回时间;电压调整单元在主控单元的控制下调整加载在继电器供电端的电压值。本发明不需要人工反复调整继电器线圈的驱动电压,也不需要人为的控制是否给继电器线圈提供驱动电压,减少了继电器参数测试时的工作量,提高了继电器参数测试的效率。本发明还通过光耦来控制是否给继电器的线圈提供驱动电压,以及结合处理器内部的两个定时器来实现动作时间和返回时间的自动测量。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
应当理解的是,本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理,而不构成对本发明的限制。因此,在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。此外,本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (6)
1.一种使用继电器参数测试电路进行测试的方法,其特征在于,所述继电器参数测试电路包括电压调整单元、输出隔离单元、输入隔离单元以及主控单元;
所述电压调整单元在主控单元的控制下调整加载在继电器供电端的电压值;
所述主控单元通过输出隔离单元控制所述电压调整单元输出电压至继电器供电端;通过输入隔离单元采集所述继电器的触点动作;记录继电器的动作时间和返回时间;
所述方法包括:
控制输出隔离单元导通,电压调整单元输出电压至待进行参数测试的继电器供电端;
调整所述电压调整单元输出电压值逐渐增大,确定所述继电器触点闭合时的继电器动作电压;
调整所述电压调整单元输出电压值逐渐减小,确定继电器触点断开时的继电器返回电压;
断开输出隔离单元,调整所述电压调整单元输出电压值为所述继电器的额定电压;
控制输出隔离单元导通,且使能第一定时器开始计时,当所述继电器触点闭合时,将第一定时器计时作为所述继电器动作时间;
断开输出隔离单元,且使能第二定时器开始计时,当采集到继电器触点断开时,将第二定时器计时作为继电器返回时间;
所述电压调整单元包括放大单元和输入电压调整单元;所述放大单元对输入电压放大后加载在继电器供电端;所述输入电压调整单元调整所述放大单元放大后的输入电压;
所述放大单元包括运算放大器,第一电阻(R1)、第二电阻(R2)以及第三电阻(R7);所述输入电压调整单元包括第四电阻(R6)以及数字电位器;
所述第一电阻(R1)一端连接所述运算放大器的反向输入端,另一端接地;所述第二电阻(R2)一端连接所述运算放大器的反向输入端,另一端连接所述运算放大器的输出端;所述第三电阻(R7)的一端连接所述运算放大器的正向输入端,另一端连接数字电位器的一端,数字电位器的另一端接地;所述第四电阻(R6)一端连接电源正输入端,另一端连接数字电位器的一端,数字电位器由所述主控单元调整阻值;运算放大器U1的输出端电压值为Vo为:
其中,Vi为运算放大器的输入电压,1024为数字电位器的分辨率,k为数字电位器的阻值系数,取值范围为1~1024,V表示伏特,R1表示第一电阻的阻值,R2表示第二电阻的阻值,R表示第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻总的阻值,R6表示第四电阻的阻值。
2.根据权利要求1所述的使用继电器参数测试电路进行测试的方法,其特征在于,所述输出隔离单元包括第一光电耦合器,第一光电耦合器的输入端由所述主控单元控制导通或断开,所述第一光电耦合器的输出端连接在所述放大单元的输出端与继电器供电端之间,当所述第一光电耦合器导通后,所述放大单元的输出电压加载至继电器供电端。
3.根据权利要求1所述的使用继电器参数测试电路进行测试的方法,其特征在于,所述输入隔离单元包括第二光电耦合器,第二光电耦合器的输入端经继电器触点控制上电导通;第二光电耦合器的正输出端电压反馈至所述主控单元;当继电器触点导通时,第二光电耦合器向所述主控单元输出低电压;当继电器触点断开时,第二光电耦合器向所述主控单元输出高电压。
4.根据权利要求1所述的使用继电器参数测试电路进行测试的方法,其特征在于,所述主控单元包括第一定时器和第二定时器;
所述主控单元控制输出隔离单元导通,所述电压调整单元输出电压至继电器供电端;所述主控单元调整所述电压调整单元输出电压值逐渐增大;当采集到继电器触点闭合时,记录此时电压调整单元输出电压值为继电器动作电压;
所述主控单元调整所述电压调整单元输出电压值逐渐减小;当采集到继电器触点断开时,记录此时电压调整单元输出电压值为继电器返回电压;
所述主控单元断开输出隔离单元,调整所述电压调整单元输出电压值为继电器的额定电压;所述主控单元控制输出隔离单元导通,同时使能第一定时器开始计时,当采集到继电器触点闭合时,停止第一定时器计时,记录继电器动作时间;
所述主控单元断开输出隔离单元,同时使能第二定时器开始计时,当采集到继电器触点断开时,停止第二定时器计时,记录继电器返回时间。
5.根据权利要求1所述的使用继电器参数测试电路进行测试的方法,其特征在于,所述主控单元通过SPI总线发送命令调整数字电位器的阻值。
6.根据权利要求1所述的使用继电器参数测试电路进行测试的方法,其特征在于,继电器动作时间To计算公式如下:
继电器返回时间Tr计算公式如下:
TIM1precaler为第一定时器时钟的分频系数,TIM1_CNT表示定时器的计数值,TIM2precaler为第二定时器时钟的分频系数,TIM2_CNT表示定时器的计数值,us表示微秒。
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