直流电路系统中多参数测试装置的制作方法

本发明涉及直流电路检测技术领域，尤其是一种直流电路系统中多参数测试装置。

背景技术：

在直流电路系统的参数检测技术中，现有技术一般针对检测参数要求，采用多种技术手段或设备仪器，比如，为了检测直流电路系统中的单极接地、双极接地、多点接地、交直流串电接地、系统电容、支路电容、控制电缆电容等参数，一般采用直流系统在线绝缘监测装置，为了检测直流电路系统中的电机稳压精度、稳流精度、稳压限流特性、稳流限压特性、功率因数及效率、纹波有效值系数及纹波峰系数等参数信息，一般采用充电机检测仪，为了检测直流电路系统运行时的直流系统的分布电容，正负极对地绝缘参数对性安全和可靠性，一般采用直流系统分布电容测试仪进行检测，这些设备一般操作复杂，结构庞大，价格昂贵，且只能针对专项性能参数进行检测，同时由于现有运行设备及测试仪器、仪表由于标准不全、现场运行条件的复杂性等原因，往往无法对设备性能的技术指标进行准确评价，直流系统、测试仪器仪表等设备的检测标准和规范长期滞后甚至空缺，此外，直流系统分布电容引起开关偷跳等问题时有发生。

因此，现有技术需要改进。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的一个技术问题是：提供一种直流电路系统中多参数测试装置，包括：

微处理器模块、直流系统绝缘在线装置测试与评估模块、充电机智能化测试模块、直流系统分布参数测试模块、显示单元；

所述微处理器模块与所述直流系统绝缘在线装置测试与评估模块、充电机智能化测试模块、直流系统分布参数测试模块、显示单元连接，用于对所述直流系统绝缘在线装置测试与评估模块、充电机智能化测试模块、直流系统分布参数测试模块采集的数据进行处理，并生成控制指令，使所述直流系统绝缘在线装置测试与评估模块实现直流绝缘监装置的仿真功能，所述充电机智能化测试模块实现充电机的仿真功能，所述直流系统分布参数测试模块实现直流系统分布电容测试仪的仿真功能；

所述直流系统绝缘在线装置测试与评估模块按照微处理器模块设定的参数和控制指令完成对直流电路系统的单极接地、双极接地、多点接地、交直流串电接地、系统电容、支路电容、控制电缆电容参数进行检测，实现对直流绝缘监装置进行安全性和可靠性评价；

所述充电机智能化测试模块按照微处理器模块设定的参数和控制指令完成对直流电路系统的稳压精度、稳流精度、稳压限流特性、稳流限压特性、功率因数及效率、纹波有效值系数及纹波峰系数参数进行检测，实现对充电机进行综合评价；

所述直流系统分布参数测试模块按照微处理器模块设定的参数和控制指令完成对直流电路系统的分布电容，正负极对地绝缘参数进行检测，实现对直流系统分布电容测试仪进行综合评价；

所述显示单元用于显示微处理器模块发送的数据及图像信息。

在基于本发明上述直流电路系统中多参数测试装置的另一个实施例中，所述微处理器模块包括32位微控制器。

在基于本发明上述直流电路系统中多参数测试装置的另一个实施例中，所述直流系统绝缘在线装置测试与评估模块包括：阻容阵列单元、交流串电单元、可调电源单元；

所述阻容阵列单元与微处理器模块、直流输入端连接，所述阻容阵列单元在微处理器模块的控制下启动，并为检测直流输入端的工作参数提供电阻及干扰电容测试条件；

所述交流串电模块与直流输入端连接，用于检测直流输入端的正对地交流电压与负对地交流电压值，当超过设定门限值后，交流串电模块对交流电路系统的工作安全状况进行报警；

所述可调电源单元与交流输入端、微处理器模块连接，用于按照微处理器设定的参数将交流电输入端输入的交流电压转换为适用的电压。

在基于本发明上述直流电路系统中多参数测试装置的另一个实施例中，所述阻容阵列单元采用8421电阻电容排列组合模式，其提供的电阻阻值范围为正负0—999KΩ，提供的干扰电容范围为正负0—125uF。

在基于本发明上述直流电路系统中多参数测试装置的另一个实施例中，所述可调电源单元由微处理器模块采用PID调节技术对输出电压进行控制。

在基于本发明上述直流电路系统中多参数测试装置的另一个实施例中，所述阻容阵列单元包括锁存器、光耦、继电器、阻容阵列；

所述锁存器与微处理器模块连接，用于接收微处理器模块的控制指令；

所述光耦与锁存器、继电器连接，用于对微处理器模块与阻容阵列进行隔离；

所述继电器与阻容阵列连接，用于控制所述阻容阵列的工作。

在基于本发明上述直流电路系统中多参数测试装置的另一个实施例中，所述充电机智能化测试模块包括：充电单元、三相调压单元、扩展负载单元、电压电流采样单元、峰值采样单元、有效值采样单元；

所述充电单元与所述三相调压单元、扩展负载单元、电压电流采样单元连接，用于从所述三相调压单元的电压输出端进行充电，所述充电单元的电压输出端连接扩展负载单元，用于向负载扩展单元供电，所述充电单元的电压输出端连接所述电压电流采样单元，由电压电流采样单元采集充电单元的输出电压电流参数信息；

所述三相调压单元与所述微处理器模块连接，所述三相调压单元按照所述微处理器模块设置的调压参数，将三相输入端输入的电压调整为合适的电压参数；

所述扩展负载单元与所述微处理器模块连接，用于实现微处理器赋予的扩展功能；

所述电压电流采样单元与所述微处理器模块连接，所述电压电流采样单元按照微处理器模块设定的采样速率、精度、时长对充电单元的输出端进行电流、电压采样；

所述峰值采样单元与所述充电单元、微处理器模块连接，所述峰值采样单元在所述微处理器模块设定参数的控制下，对充电单元的输出端进行峰值电压电流的采样，并将采样数值发送至微处理器模块；

所述有效值采样单元与所述充电单元、微处理器模块连接，所述有效值采样单元在所述微处理器模块设定参数的控制下，对充电单元的输出端进行有效值采样，并将采样数值发送至微处理器模块。

在基于本发明上述直流电路系统中多参数测试装置的另一个实施例中，所述显示单元包括5.6寸真彩液晶屏与高分辨率触摸屏。

在基于本发明上述直流电路系统中多参数测试装置的另一个实施例中，所述显示单元采用DGUS操作系统，通过网络接口与所述微处理器模块连接。

在基于本发明上述直流电路系统中多参数测试装置的另一个实施例中，还包括上位机系统，所述上位机系统使用LwIP网络通信协议与所述微处理器模块连接，用于将微处理器模块的数据发送至上位机系统。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过直流系统绝缘在线装置测试与评估模块、充电机智能化测试模块、直流系统分布参数测试模块实现对直流系统在线绝缘监测装置进行全面性能测试，对绝缘监测装置进行安全性和可靠性评价，实现对充电机工作参数进行全面、智能化测试，对充电机性能进行综合评价，对系统的分布电容、正负极对地绝缘参数对性安全和可靠性进行检测，对直流系统分布电容测试仪进行综合评价，有效整合直流系统测试模块、充电机模块、对地参数测试模块、接地查找仪测试模块以及系统电容对开关误动的风险测试模块，本发明结构简单，使用方便，检测精度高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同描述一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1为本发明的直流电路系统中多参数测试装置的一个实施例的结构示意图。

图2为本发明的直流电路系统中多参数测试装置的另一个实施例的结构示意图。

图3为本发明的直流电路系统中多参数测试装置的又一个实施例的结构示意图。

图4为本发明的直流电路系统中多参数测试装置的又一个实施例的结构示意图。

图5为本发明的直流电路系统中多参数测试装置的又一个实施例的结构示意图。

图中：1微处理器模块、2直流系统绝缘在线装置测试与评估模块、21阻容阵列单元、22交流串电单元、23可调电源单元、3充电机智能化测试模块、31充电单元、32三相调压单元、33扩展负载单元、34电压电流采样单元、35峰值采样单元、36有效值采样单元、4直流系统分布参数测试模块、5显示单元、6上位机系统。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

需要指出的是，本发明中的各个单元模块均为硬件模块，其中部分模块虽然带有信息处理能力，根据不同的设计需求，可能需要配合相应的软件来实现，但是，这些软件均为现有公知的软件或公知的技术。本申请中所涉及的各种控制单元、采集单元、编码器等可以采用专用集成电路及外围电路予以实现，即采用纯硬件方式实现，或者采用现有的芯片与外围电路实现，通过在芯片上加载现有软件，或者根据现有方法所实现的软件进行工作。

本发明的发明点在于各个模块、单元、器件的硬件连接关系，以及各个硬件的安装位置的变化等，以及形成特有的连接关系和相应空间关系，在采用专用集成电路时无需辅助软件也可以实现，即使具体运用中需要相应的软件，其也只是作为本发明在具体应用场景中与其他部分进行配合、协调，以便更好实现本发明在应用中的作用，与本发明的发明点无关，同时，如果采用现有芯片配合软件来工作时，其所使用的软件、处理方法均为现有软件和方法，本发明所实现的发明效果和目的地实现也不依赖于软件，而是通过硬件构造的改进来实现发明目的，并且，本发明所实现的发明效果和目的的实现也不依赖于软件，而是通过硬件构造的改进来实现发明目的，而且本发明所要求保护的范围不涉及软件本身，而仅仅是各个部分的连接关系和相对空间位置关系。

图1为本发明的直流电路系统中多参数测试装置的一个实施例的结构示意图，如图1所示，该实施例的直流电路系统中多参数测试装置包括：

微处理器模块1、直流系统绝缘在线装置测试与评估模块2、充电机智能化测试模块3、直流系统分布参数测试模块4、显示单元5；

所述微处理器模块1与所述直流系统绝缘在线装置测试与评估模块2、充电机智能化测试模块3、直流系统分布参数测试模块4、显示单元5连接，用于对所述直流系统绝缘在线装置测试与评估模块2、充电机智能化测试模块3、直流系统分布参数测试模块4采集的数据进行处理，并生成控制指令，使所述直流系统绝缘在线装置测试与评估模块2实现直流绝缘监装置的仿真功能，所述充电机智能化测试模块3实现充电机的仿真功能，所述直流系统分布参数测试模块4实现直流系统分布电容测试仪的仿真功能；

所述直流系统绝缘在线装置测试与评估模块2按照微处理器模块1设定的参数和控制指令完成对直流电路系统的单极接地、双极接地、多点接地、交直流串电接地、系统电容、支路电容、控制电缆电容参数进行检测，实现对直流绝缘监装置进行安全性和可靠性评价；

所述充电机智能化测试模块3按照微处理器模块1设定的参数和控制指令完成对直流电路系统的稳压精度、稳流精度、稳压限流特性、稳流限压特性、功率因数及效率、纹波有效值系数及纹波峰系数参数进行检测，实现对充电机进行综合评价；

所述直流系统分布参数测试模块4按照微处理器模块1设定的参数和控制指令完成对直流电路系统的分布电容，正负极对地绝缘参数进行检测，实现对直流系统分布电容测试仪进行综合评价；

所述显示单元5用于显示微处理器模块1发送的数据及图像信息。

所述微处理器模块1包括32位微控制器，采用基于Cortex-M3内核的STM32系列ARM处理器，在该采品中，该处理器起着承上启下的作用，一方面其担负着整个系统的采用及控制工作，另一方面，它要快速响应用户的各种操作指令，包括用户从人机界面传达的控制信息及通过用户通过网络接口从PC机传达的控制信息，Cortex-M3采用了Tail-Chaining中断技术，完全基于硬件进行中断处理，可快速响应用户各种操作指令；

微处理器模块1采用动态内存存取(DMA)获取所述直流系统绝缘在线装置测试与评估模块2、充电机智能化测试模块3、直流系统分布参数测试模块4采集的数据，DMA技术是解决实时测试直流系统的电压及变化曲线的一种有效手段，DMA额外提供一个逻辑模块，在事件发生时产生响应，并允许处理器在较方便的时间来处理信息，这个DMA控制器通常将传送到模块的信息复制到内存(RAM)，并允许已处理的信息自动从内存移到外部外围装置，所有这些工作皆独立于目前的微处理器模块1活动。在进行直流电压曲线录制时，采样系统独立于微处理器模块1进行采样，微处理器模块1同时可处理目前的通信、控制及曲线描绘。

显示单元5的显示页面基于DGUS系统编写，人机界面可完全采用图形界面的编程方式进行用户界面操作，配合PS美工技术可设计出非常优秀的人机图形界面，人机界面与主控制之间通过串口通信实现界面切换及控制指令的传达。

图2为本发明的直流电路系统中多参数测试装置的另一个实施例的结构示意图，如图2所示，所述直流系统绝缘在线装置测试与评估模块2包括：阻容阵列单元21、交流串电单元22、可调电源单元23；

所述阻容阵列单元21与微处理器模块1、直流输入端连接，所述阻容阵列单元21在微处理器模块1的控制下启动，并为检测直流输入端的工作参数提供电阻及干扰电容测试条件；

所述交流串电模块22与直流输入端连接，用于检测直流输入端的正对地交流电压与负对地交流电压值，当超过设定门限值后，交流串电模块对交流电路系统的工作安全状况进行报警；

交流串电故障是直流系统中一种危害很大的故障，其存在直流系统中的表现形式一方面为接地故障，另一方面为在直流中叠加了交流成份，当直流系统中出现了交流串电故障后，直流绝缘监测装置应能快速准确反映。

比如：在直流系统的正对地之间串入了交流电压Uac，设串入直流电源中的交流电的内阻为r，则以直流模型分析，直流系统中发生了正对地阻值为r的接地故障，以交流模型分析，直流系统中的正对地交流电压Vac与负对地交流电压Vad相等，其大小为Vac＝Vad＝Uac*(r/R正/R负)，如果串入交流电内阻越小，则叠加在直流系统上的交流电压就越高，及有可能带来安全事故，因此直流绝缘监测装置需准确的给出报警信息。

当设置了交流串电单元22对地交流串电校验功能，确保在直流中串入交流后直流绝缘监测装置能准确的给出报警信息，维护人员可能及时处理，将事故发生的概率最小化。

所述可调电源单元23与交流输入端、微处理器模块1连接，用于按照微处理器1设定的参数将交流电输入端输入的交流电压转换为适用的电压。

所述可调电源单元23由微处理器模块1采用PID调节技术对输出电压进行控制，可调电源单元23的输出电压由微处理器模块1根据用户要求输出，其可控输出范围为0-286V，为了快速稳定的调整到用户设定值，微处理器模块1采用PID调节技术对可调电源模块输出电压进行控制，PID控制技术内嵌入ARM处理器，使整个控制系统更加快速稳定。

图3为本发明的直流电路系统中多参数测试装置的又一个实施例的结构示意图，如图3所示，所述阻容阵列单元21采用8421电阻电容排列组合模式，其提供的电阻阻值范围为正负0—999KΩ，提供的干扰电容范围为正负0—125uF。

微处理器模块1根据用户设定测试条件，通过光耦隔离后对阻容阵列进行控制驱动，达到用户校验要求，阻容阵列控制框图如图4所示。

在图4中，阻容阵列单元21包括锁存器、光耦、继电器、阻容阵列；

所述锁存器与微处理器模块连接，用于接收微处理器模块的控制指令；

所述光耦与锁存器、继电器连接，用于对微处理器模块与阻容阵列进行隔离；

所述继电器与阻容阵列连接，用于控制所述阻容阵列的工作。

图5为本发明的直流电路系统中多参数测试装置的另一个实施例的结构示意图，如图5所示，所述充电机智能化测试模块5包括：充电单元51、三相调压单元52、扩展负载单元53、电压电流采样单元54、峰值采样单元55、有效值采样单元56；

所述充电单元51与所述三相调压单元52、扩展负载单元53、电压电流采样单元54连接，用于从所述三相调压单元52的电压输出端进行充电，所述充电单元51的电压输出端连接扩展负载单元53，用于向负载扩展单元53供电，所述充电单元51的电压输出端连接所述电压电流采样单元54，由电压电流采样单元54采集充电单元的输出电压电流参数信息；

所述三相调压单元52与所述微处理器模块1连接，所述三相调压单元52按照所述微处理器模块1设置的调压参数，将三相输入端输入的电压调整为合适的电压参数；

所述扩展负载单元53与所述微处理器模块1连接，用于实现微处理器赋予的扩展功能；

所述电压电流采样单元54与所述微处理器模块1连接，所述电压电流采样单元54按照微处理器模块1设定的采样速率、精度、时长对充电单元的输出端进行电流、电压采样；

所述峰值采样单元55与所述充电单元51、微处理器模块1连接，所述峰值采样单元55在所述微处理器模块1设定参数的控制下，对充电单元51的输出端进行峰值电压电流的采样，并将采样数值发送至微处理器模块1；

所述有效值采样单元56与所述充电单元51、微处理器模块1连接，所述有效值采样单元56在所述微处理器模块1设定参数的控制下，对充电单元51的输出端进行有效值采样，并将采样数值发送至微处理器模块1。

充电机智能化测试模块5可实现对稳压精度与纹波系数测试、稳流精度测试、整定电压测试、整定电流测试，具体测试方法如下：

稳压精度与纹波系数测试中，稳压精度定义为：充电装置在稳压状态下，直流输出电压设定为规定范围内任一点，交流输入电压在(85％—115％)额定值内变化，调整负载电流为0—100％额定值，分别测量其充电装置的输出电压。

找出上述变化范围内充电装置输出电压的极限值Um，则稳压精度定义为：

式中：δU：稳压精度；UZ：交流输入电压为额定值且负载电流为50％的额定电流时，输出电压测量值；UM：输出电压的极限值。

稳流精度测试中，稳流精度定义为：充电装置在恒流充电状态下，充电电流设定规定的整定范围内的任一点，交流输入电压在(85％—115％)额定值内变化，调整充电电压在规定的变化范围内变化，分别测量充电电流，找出上述变化范围内充电电流的极限值Im。

则稳流精度定义为：

式中：δI为稳流精度；Iz为交流输入电压为额定值且充电电压在调整范围内的中间值时，充电电流测量值；IM为充电电流的极限值。

整定电压测试中，电压整定误差的定义为：充电装置在稳压状态下，交流输入电压为额定值(电压表2PV所示值)，调整负载电流为50％额定值(电流表1PA所示值)，分别测量其充电装置的输出电压Uz(电压表1PV所示值)。

则电压整定误差为：

式中：Δu为电压整定误差；Uz为交流输入电压为额定值且负载电流为50％额定电流时，输出电压测量值；Uzo为充电电压的设定值。

整定电流测试中，整定电流误差的定义：充电装置在恒流充电状态下，交流输入电压为额定值(电压表2PV)所示值，调整充电电压在表1规定变化范围内的中间值，分别测量充电电流值Iz(电流表1PA所示值)。

则电流整定误差为：

式中：ΔI为电流整定误差；Iz为交流输入电压为额定值且充电电压在调整范围内的中间值时，充电电流测量值；Izo为充电电流的设定值。

所述显示单元5包括5.6寸真彩液晶屏与高分辨率触摸屏。

所述显示单元5采用DGUS操作系统，通过网络接口与所述微处理器模块连接。

还包括上位机系统7，所述上位机系统7使用LwIP网络通信协议与所述微处理器模块1连接，用于将微处理器模块1的数据发送至上位机系统7。

LwIP是Light Weight(轻型)IP协议，有无操作系统的支持都可以运行，LwIP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM的占用，一般它只需要几百字节的RAM和40K左右的ROM就可以运行。

其主要特性如下：

①支持多网络接口下的IP转发；

②支持ICMP协议；

③包括实验性扩展的UDP(用户数据报协议)；

④包括阻塞控制、RTT估算、快速恢复和快速转发的TCP；

⑤提供专门的内部回调接口(Raw API)，用于提高应用程序性能；

⑥可选择的Berkeley接口API(在多线程情况下使用)。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。