基于單片機PIC絕緣電阻測量儀的研制

周紅光+田保坤+王運劭

摘 要：目前對于電纜故障進行測量，檢測，以及控制的系統(tǒng)有很多。這些故障主要包括電纜網(wǎng)絡的短路，以及斷路等，但是這些系統(tǒng)并不能對導線間的絕緣進行測試。本文研發(fā)和制造了一個包括原有系統(tǒng)功能，并對導線的絕緣可以測試的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的實現(xiàn)主要運用單片機PIC16F877A為主控芯片實現(xiàn)的絕緣電阻測量儀進行研制。

關(guān)鍵詞：PIC16F877A單片機；絕緣電阻；測量儀

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.145

1 緒論

對于絕緣電阻的檢測，我國計量法早有強制性規(guī)定，為了保證電氣安全，必須進行檢測。兆歐表是專門用來測量絕緣電阻的，也被稱作絕緣電阻測試儀。之前的兆歐表（搖表）因其擁有非常多的缺點，諸如：體積龐大，只有很小的測量范圍，非常低的測量精度，操作也非常復雜，因此讓測量結(jié)果的精確性無法獲得保障，漸漸人們放棄使用。數(shù)字式兆歐表沒有了這些缺點，同時結(jié)合單片機使用，可以將測量獲得的結(jié)果保存起來，以及顯示，最后能夠和pc機保持通訊。本文主要分析一種以PIC16F877A單片機為基礎的數(shù)字式絕緣測試儀。

2 工作原理

這個數(shù)字式絕緣測試儀的組成部分包括：LCD顯示電路、PIC16F877A單片機系統(tǒng)電路、量程切換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、采樣電路、直流高壓電源電路等。如圖1所示為它的整個工作原理框圖。

這個系統(tǒng)的測試電壓源為1000V的直流電源，這個電源是由高壓電源集成模塊提供的。同時選擇恒壓法（國家標準規(guī)定）測量絕緣電阻。取樣電壓接到基準電壓輸人端（VeR-EF+ ），電源分壓信號連接到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量輸人端（An）。LCD驅(qū)動器的緩存中保存由A/D轉(zhuǎn)換的相應經(jīng)過一定計算的結(jié)果，根據(jù)要求將緩存保存的結(jié)果顯示出來，用戶可以依據(jù)顯示值的大小，采用合適的量程來選擇開關(guān)。在PIC16F877A單片機的內(nèi)部有一個A/D轉(zhuǎn)換器模塊（12位）的集成在里面。所以本系統(tǒng)的電路根本不需要再添加一個A/D轉(zhuǎn)換器，如此讓電路板的尺寸大大縮小了。

3 系統(tǒng)的硬件組成

（1）直流高壓電源電路。通過倍壓電路以及脈沖變壓器產(chǎn)生測試所需要的高壓電源，對于輸出電壓的控制，利用單片機輸出PWM進行。工作原理：通過三極管BUT11A讓12V直流電源經(jīng)過，形成交變電壓在脈沖變壓器中，不斷升壓利用脈沖變壓器，不斷實施升壓和整流利用C1，D1，C2，D2等形成的倍壓電路，單片機輸出占空比可調(diào)的PWM波，利用將占空比變化，獲得輸出直流電壓能夠改變的目標，設定輸出為固定電壓在本系統(tǒng)中，也可以輸出步進電壓。

（2）電源模塊的設計。由于本文選擇LCD模塊的工作電壓為3.3V。本課題要求低紋波電流容量。電源取自直流電變換后得到12V，所以電源模塊采用LM2586-5V開關(guān)穩(wěn)壓集成電路、MIC2915穩(wěn)壓器和線附一端穩(wěn)比器件LM1118。

電源取自直流電經(jīng)過轉(zhuǎn)換后得到12V，電壓為直流12V，經(jīng)開關(guān)穩(wěn)壓集成電路LM2575后輸出5V直流電壓。利用磁珠將輸出回路的地GND與輸入回路的地PWGND互相連接到一起，此5V直流電壓主要對于單片機的供電。

5V的直流電源經(jīng)LM166-3.3V芯片后輸出3.3V的直流電壓，提供存儲模塊。由于系統(tǒng)存儲通信模塊需要1.8V的直流電源，所以再通過一片LM1118-1.8V將3.3 V直流轉(zhuǎn)換為1.8V直流電源。

因為單片機在最大負荷在最大傳輸功率時，電流信號達到1.6A，并且需要電壓的紋波系數(shù)小。因此本課題選擇了大電流、高精度穩(wěn)壓芯片MIC29155。該芯片有使能端，設計中采用單片機PIC16F877A的I/O口通過NPN管9013控制MIC29155，進而控制GSM模塊的啟/停。

這種電路的電感電容電連接只使用貼片的封裝，在一定程度上，它可以降低電壓集成電路板芯片也可以添加散射效應。

（3） LCD顯示及微型打印機電路。LCM 12864為LCD顯示器的型號，LCM 12864為液晶顯示模塊，帶有國際中文字庫圖形點陣，每行可以顯示8個漢字，可以顯示四行，為寬（2.7-5.5V） 電源操作范圍，功耗很低的設計可以達到這個系統(tǒng)節(jié)省點的目標，另外能夠靈活地連接單片機的接口，連接接口的模式主要有串行3線/2線，并行8位/4位。詳細接線圖主要依據(jù)數(shù)據(jù)手冊。

（4）通道選擇和測量電路設計。包含80芯電纜接口在一個電纜測試控制器中，選擇2組多路開關(guān)陣列來達到通道選擇電路，能夠?qū)⒈粶y量電纜網(wǎng)絡中的兩個或者隨意一個通道鎖定。被測電纜、基準電阻、高壓電源共同組成絕緣電阻測量電路。

4 實驗結(jié)果

本文此次試驗采用試驗對象為6.9KW的三相交流電纜進行實驗，裝置中采用不同的電壓檔位來對于同一的測試樣品進行實時數(shù)據(jù)測量，具體的測試數(shù)據(jù)如下表所示：

從上表所測試的結(jié)果，我們可以看出基于單片機PIC16F877A絕緣電阻測量儀 對于在不同的濕度、不同的絕緣電阻環(huán)境之下得出的極化指數(shù)與吸收比，可以看出裝置在此環(huán)境下測量數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，可靠性強。

5 結(jié)論

此電路結(jié)構(gòu)非常容易實現(xiàn)，由于擁有簡單的電路結(jié)構(gòu)。因此依據(jù)相關(guān)設計的參數(shù)將樣機設計并制造出來，經(jīng)過調(diào)試已經(jīng)能夠成功使用。數(shù)字式絕緣電阻測試儀擁有可靠的電路，能夠進行自動的轉(zhuǎn)換量程和高壓發(fā)生器電路。占空比成正比于輸入電壓是高壓發(fā)生器電路的特征，并不會受到負載作用影響，所以可以在很大范圍內(nèi)容易被控制，只有極小的噪音，也能輸出恒定的電壓。

參考文獻：

[1]佘金濤，陸鴻，謝資明，王峰，陳明卿，賴振學.新型絕緣電阻測試儀的開發(fā)[J].工業(yè)計量，2010（03）.

[2]李志得.一種智能絕緣電阻測試儀設計[J].電測與儀表， 2011（05）.

[3]李剛，粱琰，黃立培，陶興華.多路數(shù)字絕緣電阻測試儀用的直流電源設計[J].電測與儀表，2007（05）.