本發(fā)明涉及一種測試儀，具體涉及一種高壓開關(guān)動特性測試儀。

背景技術(shù)：

目前高壓開關(guān)動作測試系統(tǒng)產(chǎn)品功能上基本相同，對開關(guān)動作機(jī)械特性參數(shù)都不能做出準(zhǔn)確的測量，對測試的對象比較單一。只是針對幾種特定型號的開關(guān)不具有普遍性，而且價格比較昂貴，如果有多種型號的開關(guān)，配齊機(jī)械特性測試裝置花費(fèi)的代價非常大，并且儀器基本采用數(shù)據(jù)采集卡加工業(yè)計算機(jī)構(gòu)成體積比較龐大，不能適應(yīng)戶外的測量需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、合理，采用閉環(huán)控制的方式，采用PID控制器配合單片機(jī)，使用方便，安全性高的高壓開關(guān)動特性測試儀。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

上述的高壓開關(guān)動特性測試儀，包括單片機(jī)、PID控制器、A/D轉(zhuǎn)換器、放大器、壓力傳感器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路和機(jī)械手；所述單片機(jī)通過RS232接口分別連接所述PID控制器和A/D轉(zhuǎn)換器；所述單片機(jī)還與外置打印機(jī)和所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路電連接；所述A/D轉(zhuǎn)換器連接所述放大器，所述放大器連接所述壓力傳感器，所述壓力傳感器置于高壓開關(guān)內(nèi)；所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路通過步進(jìn)電機(jī)連接所述機(jī)械手，所述機(jī)械手與所述高壓開關(guān)相連；所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的電路主要包括單片機(jī)控制電路、復(fù)位電路、耦合放大電路和手動控制電路。

所述高壓開關(guān)動特性測試儀，其中：所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的電路是由電容C1～C5、晶振Y、按鍵開關(guān)K1～K8、電阻R1～R20、反相器U2～U3、三極管VT1～VT4、光電耦合器U4～U5、電感L1～L2和二極管D1～D2連接組成；所述電阻R9和電阻R10組成了所述單片機(jī)控制電路；所述按鍵開關(guān)K6和電容C1組成了所述復(fù)位電路；所述三極管VT1、光電耦合器U4和電阻R13組成了所述耦合放大電路；所述按鍵開關(guān)K1和電阻R1組成了所述手動控制電路；

所述按鍵開關(guān)K6一端連接+5V電源，另一端通過所述電阻R6接地；所述電容C1并聯(lián)于所述按鍵開關(guān)K6兩端；所述單片機(jī)通過接口VCC連接+5V電源，通過接口RESET連接于所述按鍵開關(guān)K6與電阻R6之間；所述電容C2和C3串聯(lián)于所述單片機(jī)的接口XTAL1和接口XTAL2之間，所述電容C和C3的連接點(diǎn)接地；所述晶振Y連接于所述單片機(jī)的接口XTAL1和接口XTAL2之間；

所述單片機(jī)由接口P3.2連接所述電阻R1并通過所述電阻R1連接+5V電源，所述單片機(jī)由接口P3.2還連接所述按鈕開關(guān)K5并通過所述按鈕開關(guān)K5接地；所述單片機(jī)由接口P3.3連接所述電阻R2并通過所述電阻R2連接+5V電源，所述單片機(jī)由接口P3.3還連接所述按鈕開關(guān)K4并通過所述按鈕開關(guān)K4接地；所述單片機(jī)由接口P3.4連接所述電阻R3并通過所述電阻R3連接+5V電源，所述單片機(jī)由接口P3.4還連接所述按鈕開關(guān)K3并通過所述按鈕開關(guān)K3接地；所述單片機(jī)由接口P1.3連接所述電阻R4并通過所述電阻R4連接+5V電源，所述單片機(jī)由接口P1.3還連接所述按鈕開關(guān)K2并通過所述按鈕開關(guān)K2接地；所述單片機(jī)由接口P1.2連接所述電阻R5并通過所述電阻R5連接+5V電源，所述單片機(jī)由接口P1.2還連接所述按鈕開關(guān)K1并通過所述按鈕開關(guān)K1接地；

所述單片機(jī)由接口P1.7連接所述反相器U2的輸入端，所述反相器U2的輸出端連接所述三極管VT1的基極；所述電阻R7一端連接于所述三極管VT1的基極，另一端連接+5V電源；所述三極管VT1的集電極通過電阻R8接+5V電源，所述三極管VT1的發(fā)射極連接所述光電耦合器U4內(nèi)發(fā)光二極管陽極；所述光電耦合器U4內(nèi)發(fā)光二極管陰極接地，所述光電耦合器U4內(nèi)光敏三極管集電極通過所述電阻R13連接+25V電源，所述光電耦合器U4內(nèi)光敏三極管發(fā)射極連接所述三極管VT2的基極；所述三極管VT2的集電極通過依次串接所述電阻R15、電阻R14和電感L1連接至+25V電源，所述三極管VT2的發(fā)射極接地；所述電容C4一端連接所述三極管VT2的集電極，另一端連接于所述電阻R14與R15的連接點(diǎn)；所述電阻R16一端連接所述三極管VT2的集電極，另一端連接所述二極管D1的陽極端；所述二極管D1的陰極端連接+25V電源；

所述單片機(jī)由接口P1.1連接所述電阻R9并通過所述電阻R9連接+5V電源，所述單片機(jī)由接口P1.1還連接所述按鍵開關(guān)K7并通過所述按鍵開關(guān)K7接地；所述單片機(jī)由接口P1.0連接所述電阻R10并通過所述電阻R10連接+5V電源，所述單片機(jī)由接口P1.0還連接所述按鍵開關(guān)K8并通過所述按鍵開關(guān)K8接地；

所述單片機(jī)由接口P1.4連接所述反相器U3的輸入端，所述反相器U3的輸出端連接所述三極管VT3的基極；所述電阻R11一端連接所述三極管VT3的基極，另一端連接+5V電源；所述三極管VT3的集電極通過所述電阻R12連接+5V電源，所述三極管VT3的發(fā)射極連接所述光電耦合器U5內(nèi)發(fā)光二極管陽極，所述光電耦合器U5內(nèi)發(fā)光二極管陰極接地，所述光電耦合器U5內(nèi)光敏三極管集電極通過所述電阻R17連接+25V電源，所述光電耦合器U5內(nèi)光敏三極管發(fā)射極連接所述三極管VT4的基極；所述三極管VT4的集電極通過依次串接所述電阻R18、電阻R19和電感L2連接至+25V電源，所述三極管VT4的發(fā)射極接地；所述電容C5一端連接所述三極管VT4的集電極，另一端連接于所述電阻R18與R19的連接點(diǎn)；所述電阻R20一端連接所述三極管VT4的集電極，另一端連接所述二極管D2的陽極端；所述二極管D2的陰極端連接+25V電源。

所述高壓開關(guān)動特性測試儀，其中：所述單片機(jī)的型號為AT89C2051；所述反相器U2和反相器U3的型號均為74LS14；所述光電耦合器U4和光電耦合器U5的型號均為TPL521；所述電阻R14為所述步進(jìn)電機(jī)的繞組內(nèi)阻；所述晶振Y選用頻率為22MHz的晶振。

所述高壓開關(guān)動特性測試儀，其中：所述機(jī)械手用于控制所述高壓開關(guān)的按壓。

有益效果：

本發(fā)明高壓開關(guān)動特性測試儀結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，其采用閉環(huán)控制的方式，采用PID控制器配合單片機(jī)，使用方便，安全性高；同時對采用獨(dú)特設(shè)計的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動控制，使得控制更加精確，提高了開關(guān)動特性的測試準(zhǔn)確度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明高壓開關(guān)動特性測試儀的電路原理框圖；

圖2為本發(fā)明高壓開關(guān)動特性測試儀的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的電路圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1、2所示，本發(fā)明高壓開關(guān)動特性測試儀，包括單片機(jī)1、PID控制器2、A/D轉(zhuǎn)換器3、放大器4、壓力傳感器5、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路6和機(jī)械手7。

該單片機(jī)1集成有存儲器11和觸摸屏模塊12，其中，該單片機(jī)1通過RS232接口13分別連接PID控制器2和A/D轉(zhuǎn)換器3；該單片機(jī)1的型號為AT89C2051；同時，該單片機(jī)1還與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路6和外置打印機(jī)8電連接。該A/D轉(zhuǎn)換器3連接放大器4，該放大器4連接壓力傳感器5，該壓力傳感器5置于高壓開關(guān)內(nèi)。該步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路6通過步進(jìn)電機(jī)9連接機(jī)械手7，該機(jī)械手7與高壓開關(guān)相連。

該步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路6的電路是由電容C1～C5、晶振Y、按鍵開關(guān)K1～K8、電阻R1～R20、反相器U2～U3、三極管VT1～VT4、光電耦合器U4～U5、電感L1～L2和二極管D1～D2連接組成。其中，電阻R9和電阻R10組成了單片機(jī)控制電路；按鍵開關(guān)K6和電容C1組成了復(fù)位電路；三極管VT1、光電耦合器U4和電阻R13組成了耦合放大電路；按鍵開關(guān)K1和電阻R1組成了手動控制電路。其中，機(jī)械手7用于控制高壓開關(guān)的按壓；該反相器U2和反相器U3的型號均為74LS14，該光電耦合器U4和光電耦合器U5的型號均為TPL521，該電阻R14為步進(jìn)電機(jī)繞組內(nèi)阻，晶振Y選用頻率22MHz的晶振。

該按鍵開關(guān)K6一端連接+5V電源，另一端連接電阻R6并通過電阻R6接地；該電容C1并聯(lián)于該按鍵開關(guān)K6兩端；該單片機(jī)1通過接口VCC連接+5V電源，通過接口RESET連接于按鍵開關(guān)K6與電阻R6之間；該電容C2和C3串聯(lián)于單片機(jī)1接口XTAL1和接口XTAL2之間，該電容C和C3的連接點(diǎn)接地；晶振Y連接于單片機(jī)1接口XTAL1和接口XTAL2之間。

該單片機(jī)1由接口P3.2連接電阻R1并通過電阻R1連接+5V電源，該單片機(jī)1由接口P3.2還連接按鈕開關(guān)K5并通過按鈕開關(guān)K5接地；該單片機(jī)1由接口P3.3連接電阻R2并通過電阻R2連接+5V電源，該單片機(jī)1由接口P3.3還連接按鈕開關(guān)K4并通過按鈕開關(guān)K4接地；該單片機(jī)1由接口P3.4連接電阻R3并通過電阻R3連接+5V電源，該單片機(jī)1由接口P3.4還連接按鈕開關(guān)K3并通過按鈕開關(guān)K3接地；該單片機(jī)1由接口P1.3連接電阻R4并通過電阻R4連接+5V電源，該單片機(jī)1由接口P1.3還連接按鈕開關(guān)K2并通過按鈕開關(guān)K2接地；該單片機(jī)1由接口P1.2連接電阻R5并通過電阻R5連接+5V電源，該單片機(jī)1由接口P1.2還連接按鈕開關(guān)K1并通過按鈕開關(guān)K1接地。

該單片機(jī)1由接口P1.7連接反相器U2的輸入端，反相器U2的輸出端連接三極管VT1的基極；該電阻R7一端連接于三極管VT1的基極，另一端連接+5V電源；該三極管VT1的集電極連接電阻R8并通過電阻R8接+5V電源，該三極管VT1的發(fā)射極連接光電耦合器U4內(nèi)發(fā)光二極管陽極(端口1)；該光電耦合器U4內(nèi)發(fā)光二極管陰極(端口2)接地，該光電耦合器U4內(nèi)光敏三極管集電極(端口3)連接電阻R13并通過電阻R13連接+25V電源，該光電耦合器U4內(nèi)光敏三極管發(fā)射極(端口4)連接三極管VT2的基極；該三極管VT2的集電極依次通過串接電阻R15、電阻R14和電感L1連接至+25V電源，該三極管VT2的發(fā)射極接地；電容C4一端連接三極管VT2的集電極，另一端連接于電阻R14與R15的連接點(diǎn)；電阻R16一端連接三極管VT2的集電極，另一端連接二極管D1的陽極端；該二極管D1的陰極端連接+25V電源。

該單片機(jī)1由接口P1.1連接電阻R9并通過電阻R9連接+5V電源，該單片機(jī)1由接口P1.1還連接按鍵開關(guān)K7并通過按鍵開關(guān)K7接地；該單片機(jī)1由接口P1.0連接電阻R10并通過電阻R10連接+5V電源，該單片機(jī)1由接口P1.0還連接按鍵開關(guān)K8并通過按鍵開關(guān)K8接地。

該單片機(jī)1由接口P1.4連接反相器U3的輸入端，該反相器U3的輸出端連接三極管VT3的基極；該電阻R11一端連接三極管VT3的基極，另一端連接+5V電源；該三極管VT3的集電極連接電阻R12并通過電阻R12連接+5V電源，該三極管VT3的發(fā)射極連接光電耦合器U5內(nèi)發(fā)光二極管陽極(端口1)，該光電耦合器U5內(nèi)發(fā)光二極管陰極(端口2)接地，該光電耦合器U5內(nèi)光敏三極管集電極(端口3)連接電阻R17并通過電阻R17連接+25V電源，該光電耦合器U5內(nèi)光敏三極管發(fā)射極(端口4)連接三極管VT4的基極；該三極管VT4的集電極依次通過串接電阻R18、電阻R19和電感L2連接至+25V電源，該三極管VT4的發(fā)射極接地；電容C5一端連接三極管VT4的集電極，另一端連接于電阻R18與R19的連接點(diǎn)；電阻R20一端連接三極管VT4的集電極，另一端連接二極管D2的陽極端；該二極管D2的陰極端連接+25V電源。

本發(fā)明的工作原理是：

由圖1所示，通過壓力傳感器5將高壓開關(guān)內(nèi)的壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號，放大后由A/D轉(zhuǎn)換器3轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并通過RS232接口13送入PID控制器2，經(jīng)過PID控制器2運(yùn)算后得到閥的開口過流面積增量，并將該值通過RS232接口13送到單片機(jī)1控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路6驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)9，帶動機(jī)械手7改變按壓頻率，實現(xiàn)系統(tǒng)閉環(huán)控制；觸摸屏模塊12用于手動調(diào)節(jié)控制以及顯示高壓開關(guān)內(nèi)壓力狀況，存儲器11用于存儲壓力的動態(tài)數(shù)值，打印機(jī)8用于將存儲壓力的動態(tài)數(shù)值打印出來。

由于單片機(jī)端口P1.4與端口P1.7的連接方式相同，現(xiàn)以單片機(jī)1的端口P1.7為例說明電路的工作原理：

如圖2所示，單片機(jī)1將控制脈沖從端口P1.7輸出，經(jīng)反相器U2后進(jìn)入三極管VT1，經(jīng)三極管VT1放大后控制光電耦合器U4，光電隔離后，由三極管VT2將脈沖信號進(jìn)行電壓和電流放大，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)9的各相繞組，使步進(jìn)電機(jī)9隨著不同的脈沖信號分別作正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止等動作；電感L1為步進(jìn)電機(jī)9的一相繞組；晶振Y選用頻率22MHz的晶振，選用較高晶振的目的是為了盡量減小單片機(jī)1對上位機(jī)脈沖信號周期的影響；電阻R14為繞組內(nèi)阻，電阻R15起限流作用，也是一個改善回路時間常數(shù)的元件，二極管D1為續(xù)流二極管，使步進(jìn)電機(jī)9的繞組產(chǎn)生的反電動勢通過續(xù)流二極管D1而衰減掉，從而保護(hù)了三極管VT2不受損壞，電阻R15上并聯(lián)電容C4，改善了注入步進(jìn)電機(jī)9繞組的電流脈沖前沿，提高了步進(jìn)電機(jī)9的高頻性能。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路6根據(jù)按鍵開關(guān)K7和按鍵開關(guān)K8的不同組合有三種工作方式供選擇：

方式1為中斷方式：單片機(jī)1的端口P3.5為步進(jìn)脈沖輸入端，單片機(jī)1的端口P3.7為正反轉(zhuǎn)脈沖輸入端，外置上位機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路6僅以2條線相連；

方式2為串行通訊方式：外置上位機(jī)將控制命令發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路6，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路6根據(jù)控制命令自行完成有關(guān)控制過程；

方式3為按鍵開關(guān)控制方式：通過按鍵開關(guān)K1～K5的不同組合，直接控制步進(jìn)電機(jī)9，當(dāng)上電或按下按鍵開關(guān)K6后，單片機(jī)1先檢測按鍵開關(guān)K6和按鍵開關(guān)K7的狀態(tài)，根據(jù)按鍵開關(guān)K6和按鍵開關(guān)K7的不同組合，進(jìn)入不同的工作方式。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。