一种多通道电涌保护器检测装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种多通道电涌保护器检测装置及方法，该装置包括嵌入式计算机系统、单片机系统、高压形成及测试电路；所述单片机系统包括依次相连的基准电压源、单片机、第一放大电路；所述高压形成及测试电路包括依次相连的高压形成电路、高压取样电路、矩阵电路；所述矩阵电路包括N路电路，任一路电路一端与单片机相连、另一端与被测试品相连；所述高压取样电路包括两个分别与单片机相连的输出端；所述高压形成电路与单片机系统的放大器电路相连；所述嵌入式计算机系统与单片机系统相连。本发明自动地记录每一个被电涌保护器的动作电压及漏电流，判断其性能以及参数变化的情况，直观地识别电涌保护器的工作状态。
【专利说明】—种多通道电涌保护器检测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多通道电涌保护器检测装置及方法，属于雷电科学与【技术领域】。
【背景技术】
[0002]雷电电磁脉冲是雷电放电时所产生的一种电磁效应,是一种以光速定向传播，具有宽频谱和慢衰减特性的瞬态电磁波。雷电电磁脉冲能够在极短的时间内达到最大场强，由于持续时间短暂，瞬间释放的能量却非常大，对电子信息系统构成严重的威胁。在电子信息系统中大量采用了 DCS数据采集系统，PLC工业控制系统以及工业控制总线，这些弱电控制系统中使用了大规模集成电路，工作电平较低，在雷电电磁脉冲的作用下，极易造成损坏。因此为了保护设备的正常运行，在这些设备端口安装电涌保护器，当有雷电电磁脉冲作用，能够有效地抑制雷电电磁脉冲的能量，保护电子信息设备不会造成损坏。由于电涌保护器在释放雷电电磁脉冲能量时，也会吸收部分雷电电磁脉冲的能量，产生热量，使自身的性能参数发生变化。
[0003]电涌保护器的性能参数的变化也会影响设备的正常运行，在电源系统中，可能会出现电源系统的短路、电涌保护器开路失去保护效果等情况。在信号线路中，可能造成信号的衰减、传输的速率、甚至信号传输中断等现象。因此定期地检测电涌保护器的参数是必要的。目前，检测电涌保护器参数的装置局限于单通道的，通过直观地读取参数，判断电涌保护器的性能，检测的速度较慢。一般的电子信息控制系统的保护路数有几十甚至几百对线路，而采用现有的装置检测，工作量较大，并且要对每组检测数据进行分析，才能判断电涌保护器性能参数的变化情况及其电涌保护器的性能。因此发明一种多通道电涌保护器检测装置是必要的。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种多通道电涌保护器检测装置及方法，能够顺序地自动检测多路电涌保护器，自动地记录每一路保护器件的动作电压及漏电流的值。根据预置的参数，能够自动判断电涌保护器的性能以及参数变化的情况；同时能够自动识别电涌保护器使用的器件类型等，直观地识别电涌保护器的工作状态。
[0005]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一方面，本发明提供一种多通道电涌保护器检测装置，该装置包括嵌入式计算机系统、单片机系统、高压形成及测试电路；所述单片机系统包括依次相连的基准电压源、单片机、第一放大电路；所述高压形成及测试电路包括依次相连的高压形成电路、高压取样电路、矩阵电路；所述矩阵电路包括N路分电路，N为正整数，每一路分电路一端与单片机相连、另一端与被测试品相连；所述高压取样电路包括两个分别与单片机相连的输出端；所述高压形成电路与单片机系统的放大器电路相连；所述嵌入式计算机系统与单片机系统相连。
[0006]作为本发明的进一步优化方案，所述嵌入式计算机系统为ARM9嵌入式计算机系统。
[0007]作为本发明的进一步优化方案，所述嵌入式计算机系统还外接显示控制电路和显示器，显示控制电路与显示器相连。
[0008]作为本发明的进一步优化方案，所述单片机系统还包括分别连接在高压取样电路两个输出端和单片机之间的第二、第三放大电路，用于放大高压取样电路的输出，以避免取样信号过于微弱时导致的误差。
[0009]作为本发明的进一步优化方案，所述单片机系统还包括分别连接在高压取样电路两个输出端和上述第二、第三放大电路之间的第一、第二光/电隔离电路，用于减少外界干扰。
[0010]作为本发明的进一步优化方案，所述高压形成电路为由高频振荡、升压、整流电路构成的输出为100V/S的高压源。
[0011]作为本发明的进一步优化方案，所述矩阵电路中的任一路电路均为继电器驱动电路，其中，继电器驱动电路的控制端与单片机相连，继电器驱动电路中的继电器触点与被测试品相连。
[0012]作为本发明的进一步优化方案，N的取值由单片机的并行I/O 口数量确定。
[0013]作为本发明的进一步优化方案，所述嵌入式计算机系统还包括键盘、鼠标，用于实现人机对话操作。
[0014]另一方面，本发明提供一种上述的一种多通道电涌保护器检测装置进行检测的方法，包括以下具体步骤:
步骤1，将被测试品按照编号次序，顺序连接至矩阵电路中的第一至第N路分电路；步骤2，单片机系统开始工作，通过基准电压源、单片机和第一放大电路输出用于控制高压形成电路的控制电压，控制高压形成电路输出上升速率为lOOV/s的高压信号；
步骤3，高压形成电路输出的lOOV/s高压信号经过高压取样电路，送至矩阵电路；
步骤4，单片机向矩阵电路发出一条控制信号，使矩阵电路的第一路导通，其余部分断开，检测编号为I的被测试品，具体如下:
401，当高压取样电路检测到被测试品中的电流为ImA时，单片机发出指令信号使高压形成电路停止工作，同时，高压取样电路将此时检测到的电压信号作为参考电压传输至单片机；
402，单片机接收到参考电压后，重新向高压形成电路输出控制电压，使高压形成电路输出0.7倍参考电压的信号；高压取样电路检测将此时检测到的电流值作为漏电流传输至单片机；
403，单片机将接收到的参考电压、漏电流以及被测试品的编号作为一组数据进行存储；
步骤5，单片机继续发出控制信号，依次导通矩阵电路的其余分电路，重复步骤4的操作，完成N路分电路的检测；
步骤6，嵌入式计算机系统读入单片机中存储的N组数据，进行数据分析并保存，最终输出电涌保护器的检测结果。
[0015]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
1、多通道电涌保护器检测装置整机电路设计简单，采用模块化的设计方法；
2、该装置操作方便，采用人机灵活、检测数据直接读取，能够自动判断被测电涌保护器的性能；
3、该装置检测数据自动存储记录、便于调用分析电涌保护器的工作状况；
4、该装置工作性能稳定、抗干扰能力强，取样信号采用光/电隔离电路，减少了外界的干扰；
5、该装置检测速度快，测量电压范围大，测量精度高；
6、该装置应用范围广泛，适用于单路、多路电涌保护器的检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的结构框图。
[0017]图2是ARM9嵌入式计算机系统框图。
[0018]图3是单片机系统结构框图。
[0019]图4是高压取样电路的电路图。
[0020]图5是矩阵电路中第一路电路的电路图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
本发明设计一种多通道电涌保护器检测装置，该装置包括嵌入式计算机系统、单片机系统、高压形成及测试电路；所述单片机系统包括依次相连的基准电压源、单片机、第一放大电路；所述高压形成及测试电路包括依次相连的高压形成电路、高压取样电路、矩阵电路。所述矩阵电路包括N路分电路，N为正整数，每一路分电路一端与单片机相连、另一端与被测试品相连；所述高压取样电路包括两个分别与单片机相连的输出端；所述高压形成电路与单片机系统的放大器电路相连；所述嵌入式计算机系统与单片机系统相连。
[0022]下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步阐述:
本发明的实施例中，如图1所示，嵌入式计算机系统模块采用ARM9嵌入式计算机系统，以AT91RM9200处理器为核心，该处理器具有非常强大的信号处理能力，工作频率为180MHz，指令执行速度为200MIPS。单片机系统采用MSP430单片机系统，以MSP430F149型号的单片机为核心，该单片机是一种16位超低功耗、高性能微处理器，将各个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，具有处理速度快、资源率高、开发方便等特点。矩阵电路包括24路电路，与MSP430F149单片机的并行I/O 口(P 口)连接。
[0023]如图2所示的ARM9嵌入式计算机系统，AT91RM9200处理器的数据总线、地址总线及控制总线连接至MSP430F149单片机上，用以进行数据传输及相互间执行操作。ARM9嵌入式计算机系统还包括键盘、鼠标、显示控制电路和显示器，其中，外接的键盘和鼠标，用于进行人机对话操作；处理器的总线驱动输出连接显示控制电路，通过显示控制电路控制显示器进行结果显示。
[0024]如图3所示的MSP430单片机系统中，基准电压源提供的直流电压经过单片机内置ADC转换模块后输出O?IV的直流电压，再经过第一放大电路放大后输出O?12V的直流电压，用作高压形成电路的控制信号。MSP430F149单片机外接高压取样电路的两路输出，一路为取样电压信号，一路为取样电流信号；单片机对两路取样信号进行处理并将结果存储在单片机内。MSP430F149单片机的P 口共计24个端口，分别与矩阵电路的24路相连，并控制其依次工作。
[0025]MSP430单片机系统中，还包括第一光/电隔离电路、第二光/电隔离电路、第二放大电路、第三放大电路、时钟模块、启动开关电路、晶体振荡器。其中，第一光/电隔离电路、第二光/电隔离电路，用于进一步减少高压取样电路输出的两路取样信号中的干扰信号；第二放大电路、第三放大电路，用于放大高压取样电路输出的两路取样信号，进一步避免信号过于微弱无法带来的误差；时钟模块采用DS12C887芯片，用于记录检测的时间；启动开关电路，用于检测时的运行操作；晶体振荡器为32.768kHz，用于作为单片机的基准时钟。
[0026]高压形成及测试电路中，高压形成电路由外加的24V直流电源提供能量，内部采用高频振荡、升压、整流电路，形成一个由单片机提供O?12V压控，输出O?2kV、上升速率为lOOV/s的高压源。
[0027]如图4所示，高压取样电路由电阻Rl、电阻R2、电阻R3依次串联构成，电阻Rl与电阻R2的公共端引出输出端口 1，电阻R2与电阻R3的公共端引出输出端口 2，电阻R3的另一端引出输出端口 3，电阻Rl的另一端、电阻R2与电阻R3的公共端与高压形成电路连接，电阻Rl的另一端与电阻R3的另一端与矩阵电路连接。端口 1、端口 2为电压取样；端口 1、端口 3为电流取样，两路取样信号分别输出至MSP430单片机系统进行处理。高压取样电路的优选实施参数为:R1为Ik Ω，R2为I Ω，R3为I Ω。
[0028]矩阵电路的中的任一路均为继电器驱动电路。如图5所示，以第一路为例，继电器驱动电路由电阻R4、电阻R5、三极管D1、继电器Jl构成，其中，继电器驱动电路的控制端(电阻R4、电阻R5的公共端)与单片机的P 口相连，用于接收单片机发出的控制信号。矩阵电路的第一路的优选实施参数为:R4为10 Ι?Ω，R5为IkQ。电阻R4的另一端接3.3V电平，电阻R5的另一端接三极管Dl的基极，三极管Dl的发射极接地，三极管Dl的集电极接继电器J1，继电器Jl的另一端接12V电平，继电器Jl的Jl-1常开触点一端接经高压取样信号传输过来的lOOV/s高压信号，另一端接被测试品，被测试品的另一端接地。当P端口为高电平时，继电器闭合，Jl-1触点闭合，高压加到被测试品上；P端口为低电平时，停止工作。矩阵电路的其余23路电路及其器件参数和第一路相同。
[0029]本实施例中，一种采用如权利要求1所述的一种多通道电涌保护器检测装置进行检测的方法，其特征在于，包括以下具体步骤:
步骤1，将被测试品按照编号次序，顺序连接至矩阵电路中的第一至第N路分电路；步骤2，单片机系统开始工作，通过基准电压源、单片机和第一放大电路输出用于控制高压形成电路的控制电压，控制高压形成电路输出上升速率为lOOV/s的高压信号；
步骤3，高压形成电路输出的lOOV/s高压信号经过高压取样电路，送至矩阵电路；
步骤4，单片机向矩阵电路发出一条控制信号，使矩阵电路的第一路导通，其余部分断开，检测编号为I的被测试品，具体如下:
401，当高压取样电路检测到被测试品中的电流为ImA时，单片机发出指令信号使高压形成电路停止工作，同时，高压取样电路将此时检测到的电压信号U1im作为参考电压传输至单片机；
402，单片机接收到参考电压后，重新向高压形成电路输出控制电压，使高压形成电路输出0.7U1iM的信号；高压取样电路检测将此时检测到的电流值作为漏电流传输至单片机；403，单片机将接收到的参考电压、漏电流以及被测试品的编号作为一组数据进行存储；
步骤5，单片机继续发出控制信号，依次导通矩阵电路的其余分电路，重复步骤4的操作，完成N路分电路的检测；
步骤6，嵌入式计算机系统读入单片机中存储的N组数据，进行数据分析并保存，最终输出电涌保护器的检测结果。
[0030]以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种多通道电涌保护器检测装置，其特征在于，该装置包括嵌入式计算机系统、单片机系统、高压形成及测试电路；所述嵌入式计算机系统与单片机系统相连；其中: 所述单片机系统包括依次相连的基准电压源、单片机、第一放大电路； 所述高压形成及测试电路包括依次相连的高压形成电路、高压取样电路、矩阵电路；其中:所述矩阵电路包括N路分电路，N为正整数，每一路分电路一端与单片机相连、另一端与被测试品相连；所述高压取样电路包括两个分别与单片机相连的输出端；所述高压形成电路与单片机系统的第一放大电路相连。
2.根据权利要求1所述的一种多通道电涌保护器检测装置，其特征在于，所述嵌入式计算机系统为ARM9嵌入式计算机系统。
3.根据权利要求1或2所述的一种多通道电涌保护器检测装置，其特征在于，所述嵌入式计算机系统还外接显示控制电路和显示器，显示控制电路与显示器相连。
4.根据权利要求1所述的一种多通道电涌保护器检测装置，其特征在于，所述单片机系统还包括分别连接在高压取样电路两个输出端和单片机之间的第二、第三放大电路。
5.根据权利要求4所述的一种多通道电涌保护器检测装置，其特征在于，所述单片机系统还包括分别连接在高压取样电路两个输出端和第二、第三放大电路之间的第一、第二光/电隔离电路。
6.根据权利要求1所述的一种多通道电涌保护器检测装置，其特征在于，所述高压形成电路为由高频振荡电路、升压电路、整流电路构成的输出为100V/S的高压源。
7.根据权利要求1所述的一种多通道电涌保护器检测装置，其特征在于，所述矩阵电路中的任一路电路均为继电器驱动电路，其中，继电器驱动电路的控制端与单片机相连，继电器驱动电路中的继电器触点与被测试品相连。
8.根据权利要求1所述的一种多通道电涌保护器检测装置，其特征在于，N的取值由单片机的并行I/O 口数量确定。
9.根据权利要求1或2所述的一种多通道电涌保护器检测装置，其特征在于，所述嵌入式计算机系统还包括键盘、鼠标，用于实现人机对话操作。
10.一种采用如权利要求1至9中任一所述的一种多通道电涌保护器检测装置进行检测的方法，其特征在于，包括以下具体步骤: 步骤1，将被测试品按照编号次序，顺序连接至矩阵电路中的第一至第N路分电路； 步骤2，单片机系统开始工作，通过基准电压源、单片机和第一放大电路输出用于控制高压形成电路的控制电压，控制高压形成电路输出上升速率为lOOV/s的高压信号； 步骤3，高压形成电路输出的lOOV/s高压信号经过高压取样电路，送至矩阵电路； 步骤4，单片机向矩阵电路发出一条控制信号，使矩阵电路的第一路导通，其余部分断开，检测编号为I的被测试品，具体如下: .401，当高压取样电路检测到被测试品中的电流为ImA时，单片机发出指令信号使高压形成电路停止工作，同时，高压取样电路将此时检测到的电压信号作为参考电压传输至单片机； .402，单片机接收到参考电压后，重新向高压形成电路输出控制电压，使高压形成电路输出0.7倍参考电压的信号；高压取样电路检测将此时检测到的电流值作为漏电流传输至单片机； .403，单片机将接收到的参考电压、漏电流以及被测试品的编号作为一组数据进行存储； 步骤5，单片机继续发出控制信号，依次导通矩阵电路的其余分电路，重复步骤4的操作，完成N路分电路的检测； 步骤6，嵌入式计算机系统读入单片机中存储的N组数据，进行数据分析并保存，最终输出电涌保护器的检测结果。
【文档编号】G01R31/00GK104267280SQ201410495181
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】李祥超, 周中山, 陈璞阳, 陈则煌 申请人:南京信息工程大学