基于單片機PIC絕緣電阻測量儀的研制

周紅光+田保坤+王運劭

摘 要：目前對于電纜故障進行測量，檢測，以及控制的系統有很多。這些故障主要包括電纜網絡的短路，以及斷路等，但是這些系統并不能對導線間的絕緣進行測試。本文研發和制造了一個包括原有系統功能，并對導線的絕緣可以測試的系統。該系統的實現主要運用單片機PIC16F877A為主控芯片實現的絕緣電阻測量儀進行研制。

關鍵詞：PIC16F877A單片機；絕緣電阻；測量儀

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.145

1 緒論

對于絕緣電阻的檢測，我國計量法早有強制性規定，為了保證電氣安全，必須進行檢測。兆歐表是專門用來測量絕緣電阻的，也被稱作絕緣電阻測試儀。之前的兆歐表（搖表）因其擁有非常多的缺點，諸如：體積龐大，只有很小的測量范圍，非常低的測量精度，操作也非常復雜，因此讓測量結果的精確性無法獲得保障，漸漸人們放棄使用。數字式兆歐表沒有了這些缺點，同時結合單片機使用，可以將測量獲得的結果保存起來，以及顯示，最后能夠和pc機保持通訊。本文主要分析一種以PIC16F877A單片機為基礎的數字式絕緣測試儀。

2 工作原理

這個數字式絕緣測試儀的組成部分包括：LCD顯示電路、PIC16F877A單片機系統電路、量程切換電路、A/D轉換電路、采樣電路、直流高壓電源電路等。如圖1所示為它的整個工作原理框圖。

這個系統的測試電壓源為1000V的直流電源，這個電源是由高壓電源集成模塊提供的。同時選擇恒壓法（國家標準規定）測量絕緣電阻。取樣電壓接到基準電壓輸人端（VeR-EF+ ），電源分壓信號連接到A/D轉換器的模擬量輸人端（An）。LCD驅動器的緩存中保存由A/D轉換的相應經過一定計算的結果，根據要求將緩存保存的結果顯示出來，用戶可以依據顯示值的大小，采用合適的量程來選擇開關。在PIC16F877A單片機的內部有一個A/D轉換器模塊（12位）的集成在里面。所以本系統的電路根本不需要再添加一個A/D轉換器，如此讓電路板的尺寸大大縮小了。

3 系統的硬件組成

（1）直流高壓電源電路。通過倍壓電路以及脈沖變壓器產生測試所需要的高壓電源，對于輸出電壓的控制，利用單片機輸出PWM進行。工作原理：通過三極管BUT11A讓12V直流電源經過，形成交變電壓在脈沖變壓器中，不斷升壓利用脈沖變壓器，不斷實施升壓和整流利用C1，D1，C2，D2等形成的倍壓電路，單片機輸出占空比可調的PWM波，利用將占空比變化，獲得輸出直流電壓能夠改變的目標，設定輸出為固定電壓在本系統中，也可以輸出步進電壓。

（2）電源模塊的設計。由于本文選擇LCD模塊的工作電壓為3.3V。本課題要求低紋波電流容量。電源取自直流電變換后得到12V，所以電源模塊采用LM2586-5V開關穩壓集成電路、MIC2915穩壓器和線附一端穩比器件LM1118。

電源取自直流電經過轉換后得到12V，電壓為直流12V，經開關穩壓集成電路LM2575后輸出5V直流電壓。利用磁珠將輸出回路的地GND與輸入回路的地PWGND互相連接到一起，此5V直流電壓主要對于單片機的供電。

5V的直流電源經LM166-3.3V芯片后輸出3.3V的直流電壓，提供存儲模塊。由于系統存儲通信模塊需要1.8V的直流電源，所以再通過一片LM1118-1.8V將3.3 V直流轉換為1.8V直流電源。

因為單片機在最大負荷在最大傳輸功率時，電流信號達到1.6A，并且需要電壓的紋波系數小。因此本課題選擇了大電流、高精度穩壓芯片MIC29155。該芯片有使能端，設計中采用單片機PIC16F877A的I/O口通過NPN管9013控制MIC29155，進而控制GSM模塊的啟/停。

這種電路的電感電容電連接只使用貼片的封裝，在一定程度上，它可以降低電壓集成電路板芯片也可以添加散射效應。

（3） LCD顯示及微型打印機電路。LCM 12864為LCD顯示器的型號，LCM 12864為液晶顯示模塊，帶有國際中文字庫圖形點陣，每行可以顯示8個漢字，可以顯示四行，為寬（2.7-5.5V） 電源操作范圍，功耗很低的設計可以達到這個系統節省點的目標，另外能夠靈活地連接單片機的接口，連接接口的模式主要有串行3線/2線，并行8位/4位。詳細接線圖主要依據數據手冊。

（4）通道選擇和測量電路設計。包含80芯電纜接口在一個電纜測試控制器中，選擇2組多路開關陣列來達到通道選擇電路，能夠將被測量電纜網絡中的兩個或者隨意一個通道鎖定。被測電纜、基準電阻、高壓電源共同組成絕緣電阻測量電路。

4 實驗結果

本文此次試驗采用試驗對象為6.9KW的三相交流電纜進行實驗，裝置中采用不同的電壓檔位來對于同一的測試樣品進行實時數據測量，具體的測試數據如下表所示：

從上表所測試的結果，我們可以看出基于單片機PIC16F877A絕緣電阻測量儀 對于在不同的濕度、不同的絕緣電阻環境之下得出的極化指數與吸收比，可以看出裝置在此環境下測量數據比較穩定，可靠性強。

5 結論

此電路結構非常容易實現，由于擁有簡單的電路結構。因此依據相關設計的參數將樣機設計并制造出來，經過調試已經能夠成功使用。數字式絕緣電阻測試儀擁有可靠的電路，能夠進行自動的轉換量程和高壓發生器電路。占空比成正比于輸入電壓是高壓發生器電路的特征，并不會受到負載作用影響，所以可以在很大范圍內容易被控制，只有極小的噪音，也能輸出恒定的電壓。

參考文獻：

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