一种旋转式转换开关触点通断角度时序波形的测试方法与流程

本发明涉及旋转式转换开关触点通断角度自动检测技术，尤其是涉及一种旋转式转换开关触点通断角度时序波形的测试方法。

背景技术：

转换开关的接触系统是由数个装嵌在绝缘壳体内的静触头座和可动支架中的动触头构成。动触头是双断点对接式的触桥，在附有手柄的转轴上，随转轴旋至不同位置使电路接通或断开。定位机构采用滚轮卡棘轮结构，配置不同的限位件，可获得不同档位的开关。其中，旋转式转换开关广泛适用于生产与生活中，而且随着机场、军事场所、医院、大型工业生产线等敏感性负载对供电的连续性可靠性的要求的提高，旋转式转换开关在不同场合的供电系统中得到更加广泛的应用，因此如何使得旋转式转换开关装置能够安全、可靠地运行显得尤其重要，因此能够快速地对旋转式转换开关触点的检测与分析具有重要意义，而其中开关触点通断角度时序的正确与否又是最重要的参考依据之一。

以往对旋转式转换开关触点通断角度时序的检测全部由人工进行，由于转换开关品种繁多，各种开关触点的组合逻辑也千变万化，检测起来不仅费时费力，还不能保证检测的可靠性，可见相关生产单位迫切需要一种新的快速检测方法。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种旋转式转换开关触点通断角度时序波形的测试方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种旋转式转换开关触点通断角度时序波形的测试方法，该方法通过旋转式转换开关触点通断角度时序波形测试系统实现，所述的旋转式转换开关触点通断角度时序波形测试系统包括信号数据处理子系统以及分别与信号数据处理子系统连接的旋转控制器、角度采集模块、上位机和供电模块，所述的角度采集模块与待测的旋转式转换开关连接；

该方法包括以下步骤：

1)信号数据处理子系统的微处理器通过单片机通用输入输出口采集旋转式转换开关的触点通断信号，并获取角度采集模块实时采集的角度信号；

2)微处理器按照设定的数据格式发送数据包到上位机，上位机通过自适应算法消除装置运行中的干扰信号，并精确测量旋转式转换开关触点通断角度时序波形；

3)上位机根据角度时序波形数据包准确判断开关触点对数量，调整绘图格式后绘制旋转式转换开关旋转360度对应的触点通断角度时序波形，通过神经网络识别待测试的旋转式转换开关的种类，从数据库中匹配标准波形，并与所测波形比对，获取制造误差并判断是否合格。

所述的步骤1)具体包括以下步骤：

101)将旋转式转换开关每n对触点作为一组，其组数与单片机通用输入输出口的组数相同，每组触点按顺序连接到单片机通用输入输出口，所述的n的取值与单片机位数相同，如8、16和32；

102)微处理器通过单片机通用输入输出口与旋转控制器连接，控制旋转式转换开关按正方向转动；

103)将旋转式转换开关的每对触点一个连接至单片机通用输入输出口，另一个连接至公共接地端，当触点接通时，单片机通用输入输出口的电平被拉高，触点断开时被拉低；

104)角度采集模块实时采集旋转式转换开关的角度位置信号，并通过a/d模块转换为角度信号后发送到微处理器。

所述的步骤2)中，微处理器将触点通断信号与角度信号转换成设定的数据格式，并通过串口通信模块发送给上位机，所述的数据包对应的数据格式具体为：

标记符序号段角度段开关信号数据

其中，标记符用以标记一次数据包的开始，序号段为数据包的发送顺序，角度段为转换开关的旋转角度，其余数据段为十六进制位段的开关信号数据。

每十六个开关信号组成四位十六进制数据，并在每组开关信号数据前添加两位数据用以表示组号，十六进制位段长度根据转换开关的触点数量而改变，数据包中的每个数据段通过空格隔开。

所述的步骤2)中，上位机通过自适应算法消除装置运行中的干扰信号具体包括以下步骤：

201)上位机接收并解析微处理器传送的数据包，依次读取数据包中的开始标记符、角度段数据和十六进制位段的开关信号数据；

202)当旋转式转换开关启动、制动或抖动发生旋转速度不均匀，造成上位机收到的数据发生数据颠倒，包括接收到的数据段换位、前后接收的数据包顺序与实际发送顺序颠倒时，通过以下方式处理：

对一次接收到的数据按间隔位拆分，通过判断数据格式依次检验每段数据的有效性，进一步判断数据位段是否换位；

从每次接收的数据包提取出序号段数据，通过序号大小判断数据包的接收顺序是否颠倒，若颠倒则纠正顺序；

从每次接收的数据包提取出角度段数据，通过角度大小判断本次的数据包是否需要，若本次接收的角度数值低于上一次的角度数值，则丢弃本次的数据包。

所述的步骤3)具体包括以下步骤：

301)上位机接收到微处理器传送的数据并解析，得到角度信号和触点通断信号，通过角度判断测试完成后，在上位机界面绘图区绘制波形图，所述的波形图以角度为横坐标，各触点对的通断信号按顺序添加为纵坐标，并间隔为2个单位；

302)绘制完波形图后，通过训练好的神经网络进行分类识别，获取旋转式转换开关对应的标准波形序号，将序号作为关键码从数据库检索出标准参数与波形图，将实际得到的波形矩阵与标准波形矩阵分别通过差分运算获取差分矩阵，并获取两个差分矩阵中每行的正负变化位置对应的角度，将获得的角度做差即得待测的旋转式转换开关的角度误差；

303)根据用户产品质量要求设定角度阈值，若误差角度大于阈值，则判断产品不合格，上位机打印不合格信息。

所述的步骤302)中，波形矩阵内的元素为各个角度对应的各触点对的通断信号，该通断信号由值0和1构成，其中，1代表触点对接通，0代表关断，所述的正负变化位置具体为在差分矩阵中值1和-1对应的位置，其中，1代表触点关断到接通的变化位置，-1代表开关接通到关断的变化位置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、自动化测试：本发明避免了纯人工测试，采用自动化测试，快速而高效。

二、抗干扰能力强：采用特定的数据包格式并运用自适应算法智能处理，可消除装置运行中的干扰信号，从而精确绘制触点通断时序波形。

三、直观简单：本发明通过采集旋转式转换开关旋转一周的角度信号和触点通断信号，绘制完整一周的旋转式转换开关触点通断时序波形，非常直观的看出旋转式转换开关通断变化情况。

四、智能诊断产品质量：采用神经网络算法准确识别开关种类，并从数据库中匹配出标准波形，获取制造误差并智能判断产品是否合格。

附图说明

图1为本发明适用对象旋转式转换开关的结构示意图。

其中，旋转式转换开关共有64对触点，图中显示的为其中一组32对。图中的字母表明着该对触点所对应的出厂设计通断角度时序的标准波形，a、b、c、d、e、f、g共七类。

图2为本发明的原理框图。

其中，1为旋转控制器，2为旋转式转换开关，3为供电模块，4为信号数据处理子系统，5为角度采集模块，6为上位机。

图3为信号数据处理子系统的组成图。

其中，7为单片机通用输入输出口，8为微处理器，9为a/d模块，10为采样保持电路，11为串口通信模块，12为时钟产生模块。

图4为触点通断角度时序波形图。

图5为实施例中的误差波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，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。

本发明提供的一种旋转式转换开关触点通断角度时序波形测试方法，具体步骤包括：

1)采用单片机通用输入输出端7采集旋转式转换开关2的触点通断信号，采用a/d模块9将旋转式转换开关2旋转角度的模拟信号转换成数字信号并传给微处理器8，具体为：

101)将旋转式转换开关2每n对触点编为一组，组数与单片机通用输入输出端7组数相同，每组触点按序连接到单片机通用输入输出端7；所述n为大于1的自然数；

102)微处理器8通过输入输出端7与旋转控制器1连接，控制旋转式转换开关的转动(根据角度传感器和转换开关工作特性确定转动正方向)；

103)转换开关每对触点一个连接至通用输入输出端7，一个连接至公共接地端，当触点接通时，通用输入输出端电平被拉高；反之被拉低。

104)角度采集模块5采集旋转式转换开关2的角度位置，并通过a/d模块9将旋转式转换开关角度信号传至微处理器8；

2)基于所述信号数据，处理器8按照特定数据包格式通过串口通信模快11发送给上位机6，具体包括：

201)微处理器8将触点通断信号与角度信号转换成特定数据包格式；

数据包采取的格式为：

标记符序号角度第一组第二组…

s11.110111aa02a134

其中，标记符“s”标记一次数据包的开始，序号段代表数据包的发送顺序，角度段代表转换开关的旋转角度。其余数据段为十六进制位段，代表开关信号。每十六个开关信号组成四位十六进制数据，并在每组数据位前面添加两位数据，表示组号。十六进制位段长度依转换开关的触点数量而改变。每个数据段通过空格隔开。

202)微处理器8将特定数据包通过串口通信模块11发送给上位机6；串口时钟信号由时钟产生模块12提供；

3)上位机6通过适应性算法消除装置运行中的干扰信号，消除干扰具体为：

301)上位机6接收到微处理器8传送的数据，按照规定格式解析数据，读取数据包开始标记符“s”，读取角度数据，再读取十六进制位段。

302)在旋转机构启动、制动或抖动的时候，因为旋转速度不均匀，可能会造成上位机收到的数据发生数据颠倒的情况，如一次接收的数据段换位，前后接收的数据包顺序与实际发送顺序颠倒。解决这种问题的算法为：

s1：对一次接收到的数据按间隔位拆分，通过判断数据格式依次检验每段数据的有效性，进一步判断数据位段是否换位；

s2：从每次接收的数据提取出序号数据段，通过判断序号大小判断数据包的接收顺序是否颠倒；若颠倒则纠正顺序。

s3：从每次接收的数据提取出角度数据段，通过判断角度大小判断数据包是否需要；若本次接收的角度低于上一次的角度，则丢弃本次的数据包；

4)通过数据包自动判断出开关触头数量，据此在上位机中进行触点通、断角度时序波形图的绘制。通过神经网络算法预测转换开关种类，从数据库匹配标准波形并与所测波形比对，从而分析制造误差，并判断是否合格。

绘制波形、分析误差及判断产品是否合格具体为：

401)依据所读出来的十六进制位段数量自动判断所接开关触头数量，从而自动调整绘图区绘制格式。通过角度来判断数据读取完成，然后在上位机6界面绘图区绘制波形。

402)绘制完波形图后，上位机6自动将所绘制波形与标准波形进行比较，分析制造误差，判断是否合格，并制成误差报告。

分析误差的方法具体为：

根据前述接收到的波形数据，输入到事先训练好的神经网络当中进行分类预测，判断此次测试开关对应的标准波形序号，将此作为关键码从数据库检索出标准参数与波形图，将实际绘制的波形矩阵与标准波形矩阵分别做差分运算，得到差分矩阵，比较两差分矩阵中每行的正负1变化的位置，再读取对应位置的角度即可得到每对触头的误差角度。根据用户产品质量要求，设定角度阈值，若误差角度大于阈值，则判断产品不合格，上位机打印不合格信息。需要说明的是数据库中的标准波形数据是事先由用户输入到数据库文件当中的，所用的神经网络是基于标准波形样本训练好的。波形矩阵的每一行表示每一对触点随角度变化的通断信号，1代表触点对接通，0代表关断。对应的差分矩阵中，1代表触点关断到接通的变化位置，-1代表开关接通到关断的变化位置。角度数据被提取出来单独存储。如一对触点的实际波形矩阵为a，标准波形矩阵为b，如下所示：

a＝[011…110]b=[001…100]

差分之后得到：

diff(a)=[010…00-1]diff(b)=[001…0-10]

角度：02.24.0…176.2178.2179.9

如图5所示，则波形矩阵a和b比对之后的角度误差在左边为1.8度，右边为1.7度。

需要说明的是，本发明的测试方法是一个采用智能算法的转换开关触点通断时序综合测试系统，硬件电路重点实现数据快速、准确地采集与传输，上述实施例上位机通过智能算法重点实现测试干扰的消除，波形图绘制，并对波形图进行误差分析、判断产品是否合格，制成相应报告。同时提供存储、打印波形功能。除此之外，上位机还可以根据用户需求拓展许多功能。

以上详细描述了本发明的典型具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。