一种智能型兆欧表的设计

引言

绝缘电阻是电气安全检测项目中的一项重要内容，而测得试品绝缘电阻60s的值r60与15s的值r15的比值k=r60/r15被称为吸收比(对于大电容设备为lomin之值与lmin之值的比值，称为极化指数)，是检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷的重要依据。兆欧表是测量绝缘电阻的专用仪表，应用广泛。而传统的手摇指针式兆欧表，必须用手摇发电机保证有120r／s的转速才能维持正常的输出电压，测量范围小、误差大、吸收比须在测量后另行计算，使用不便。

随着电子技术的不断进步，尤其是单片机(single-chlp microcontroller)的出现并不断发展，引起了仪器仪表结构的根本性变革。以单片机为主体取代传统仪器仪表的常规机械及电子线路，可以容易地将计算技术与测量控制技术结合在一起，形成智能化测量仪表。这种新型的智能化仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理、以及功能的多样化方面都取得了巨大进展，并得到了广泛应用。

基于icl7135的智能型兆欧表采用mcs-51系列单片机875l和harris公司生产的

1 icl7135特性分析

tct7l35是harris公司采用先进的linmostm技术生产的高准确度、通用型、位bcd码精度双积分式a／d转换器。它有许多优良的特性，在本设计中能够得到突出反映的有：

1)具有自动校零功能，自动较零的准确性仅受系统噪声的影响，且偏差小于10μv；

2)有超量程(or)和欠量程(ur)信号，容易实现量程的自动转换；

3)设有6个控制信号端、同时进行字位输出和bcd码输出，可与lcd译码／驱动器及单片机接口，进行数据处理，构成智能化仪器；

4)满量程为2 0000在±20000汁数范围内的准确度为±1个字。

2 硬件电路设计与实现

本设计主要由直流高压产生电路、取样电路、数据采集与控制器、译码／驱动lcd显示4大部分组成。其原理框图如图l所示。

下面将分别介绍4部分组成及工作原理。

2.l 直流高压产生电路

直流高压产生电路如图2所示。

将6v直流电源经集成器件555和电阻r1及r2与电容c1接成的基本无稳态振荡模式，构成高频多谐振荡器，振荡频率f=1.44／[(r1+r2)c1]，约为15 khz左右，产生的交变电压经脉冲变压器升压，次极的感应电压经倍频整流、滤波后，可得到约l000v的直流电压作为测量用电压。

2.2　取样电路

取样电路的作用足取得与测量值相关的电信号，用以计算、控制和显示。刘测量的具体要求决定了取样电路具体形式。本设计中取样电路与icl7135连接，如图3所示。

图3中，rx为被测绝缘电阻、r3为量程调节电阻、r1、r2为取样分压电阻。

　　u为直流高压产生电路提供的测量电压，经r1及r2分压后(u2)加在7135的in-，经rx、r3分压后(u3)加在icl7135的cref-。

　　根据双积分a／d转换器的工作原理，转换结果由式(1)得到。

式(1)中常数10000由lcl7135的正向积分固定时间t1=10000tcp决定，tcp为时钟脉冲周期。10000即为正向积分阶段的时钟脉冲数。vin为vin+vin-之间的电势差，在本设计中vi+接analog com，因此vin=vin+-vin-=-u2。vref在标准工作模式情况下为cref+与crdf-之间所接电容在自动调零阶段充电所获得的标准电压值。在本设计中cref+与cref-之间不再接电容，将cref+接analogcom，同时将cref-与analog com间电压钳制为u3，cref+与cref-之间电压为一u3。因此式(1)可表示为

由于icl7135的标准基准电压值vref=lv，而加在rx与r3上的测量用电压为1000v，所以rx》r3，使得u3≤2v。由于icl7135vin-上允许加的最大电压值为o.8v，而加在r1与r2上的测量用电压为1000v，所以r1与r2取值应满足r1》r2、u2≤o.8v。

式（2）可进一步表示为

可见，当r1、r2、r3取定时，rx值与测量电压u无关，故能消除u变化刘结果的影响。

　　2.3 数据采集与控制及显示部分

　　实现数据采集与控制和lcd显示的硬件电路原理图如图4所示。图中icl71 35、8155、8751构成单片机最小系统，icm721l为lcd显示驱动芯片，异或门cd4070配合icm7211驱动显示模块

esd81la。esd81la为大连东显公司生产的

位lcd显不器，足以满足显示需要。

具体工作原理为：取样电路的电信号经icl7135转变为数宁信号，但a／d转换的结果是动态的。74lsl57为4位2选l数据多路开关，其作用足根据高位选通信号d5的输出不同，将万位数据、过量程、欠量程标志或是icl7135的4个低位bcd码送入8155。icl7135在发出选通脉冲时，将数据送入接口电路8155。而8751单片机则通过中断查询的方式读取数据，并进行存储。通过单片机定时分别获取15s和60s的绝缘电阻值(或lmin和10min)，通过计算获得吸收比(极化指数)。将所得结果进行保存和适当的码制转换，响应键盘以显示绝缘电阻值或吸收比(极化指数)。

　　3 软件部分设计与实现

单片机的主程序流程图如图5所示。