某智能绝缘电阻检测仪的软件设计

 引言
　　为了确保各种仪器、设备的正常工作，需要定期对其连接电缆的绝缘电阻和导通电阻进行测量。传统的方法是利用摇表和万用表分别对电缆进行绝缘电阻和导通电阻的测量，这种方法虽然简单，但是十分耗时并且容易出错。为此，在本文中，作者设计了一种基于单片机的绝缘电阻检测仪，它既可测量电缆芯线之间的绝缘电阻，同时也可测量各芯线本身的导通电阻（也称接地电阻）。该检测仪可以大大提高连接电缆的绝缘电阻和导通电阻测量的速度、精度与测量仪器的功能集成度。
　　1 硬件设计简介
　　图1 电压比较法原理图
　　该检测仪硬件设计采用电压比较法，原理如图1所示，其基本原理是这样的：基于欧姆定律而来的，通过测量两并联回路中两电阻的电压，根据并联回路两端电压相等就可推出绝缘电阻的测试公式。所示电路中，电阻r1、r2都是已知定值电阻，r3为确定的可变电阻，rx为电缆芯线间绝缘电阻值或电缆的导通电阻值，r2两端的电压u1可以求出，为u1=vcc·r2（r1+r2），r3两端电压为u2，通过测量u1-u2即可求出u2的值，再根据公式u2=vcc·r3（r3+rx），即可求出rx的值：rx=■-r3。
　　2 系统的软件设计
　　系统的软件部分利用c++语言进行编写，检测仪系统进行初始化后，各模块进行清零，电缆通过继电器将全部芯线选通进行接地放电处理，以保证仪器的安全使用，然后用户需要确定测量模式，即绝缘电阻测量模式或导通电阻测量模式（一般来说，若二者都需测量，可先测量导通电阻值，然后再测量绝缘电阻值），然后操作者需要确定电缆的选择模式，是通过键盘手动输入还是利用主/副继电器矩阵自动选择所有待测芯线。wWW.11665.com若选择手动输入，则需要输入待测芯线的号数，输入后系统首先判断其是否为有效芯线，若有效则对电路加入测试电压；另外，当进行绝缘电阻测量时，由于电压源有四个档位（100v、250v、500v和1000v），如果初始电压过低（初始电压设为100v），则信号反馈到单片机后，单片机会发出指令经量程自动转换电路将高电压切换到250v，若电压仍然偏低，则通过量程自动转换电路继论文联盟http://续升高电压；系统会对每一个测量点进行测试并回传记录测试数据，直至所有待测量点测试结束；当进行导通电阻测量时，因为测试电压为确定的+12v，不需要量程转换电路，可直接进行测量。测量结束后，系统会把测得的数据在液晶显示屏上显示出来，然后询问对数据的处理（包括存入上位机中的数据库或将结果打印）；最后，完成所有的任务后检测仪就可以待机或关机。
　　3 测量速度的提高及算法实现
　　图2 快速算法的各级图
　　如果电缆内部芯线较多，如有100芯，利用检测仪检测时，时间会比较长。为此，作者设计了一种绝缘电阻的快速测量算法。由于电缆的绝缘电阻反映了电缆内部芯线或是芯线与大地之间的绝缘程度，所以，假如4条芯线两两之间相互绝缘，将4条芯线分为两组，每组有两条芯线，将两条芯线的一端连接到一起，则两组芯线之间仍然是绝缘良好的；反之，如果4条芯线两两之间并不是相互绝缘的，也就是说其中至少有两条芯线之间绝缘程度不高，则按上述方法分组测量后，两组芯线之间也是绝缘程度不高的。这就是作者设计的绝缘电阻快速测量算法依据的基本原理。
　　该算法的具体思想是：当电缆内部芯线数量较多时，可以将芯线逐级分为两组，基于主/副继电器矩阵的设计，组内的芯线通过闭合相应的继电器连接在一起，又由于每条芯线的两端分别连接有一个主继电器和一个副继电器，通过单片机控制使各级分成的两组芯线分别位于主/副两个继电器矩阵中，从而可以直接接入绝缘电阻测量回路进行测量；分组时要尽量使分成的两组芯线数量相同或相近，若组内的芯数n为偶数，则分成的两组芯线数量相同，分别为n/2，若组内的芯数为奇数，则分成的两组中的芯线个数分别为（n-1）2与（n+1）2；假设第一级由a、b两组芯线组成，a组在下一级分为a与b两组，b组在下一级分为c和d两组，依此类推；这样从第一级开始逐级测量，如果第一级测试正常，则表明a组内的各条芯线与b组内的各条芯线之间绝缘程度都是正常的，在下一级的测量中无需再测量a、b两组之间的任意两条芯线的绝缘电阻，只需要测量a组和b组内的芯线之间的绝缘电阻，也就是只需测量a组与b组，c组和d组之间的绝缘电阻，以此来判断两组内的芯线之间的绝缘电阻是否正常，依此方法进行下去即可；反之，如果第一级测量显示a、b两组芯线之间的绝缘电阻值是不正常的，则表明a、b两组芯线之间一定存在某两条芯线之间绝缘不好，组内的芯线之间绝缘程度不能够确定，下一级的测量就变为两组内部芯线之间的2次测量a与b，c和d和两组之间的4次测量a与c，a与d，b与c，b与d，共6次，依此方法进行，直至测量到两条故障芯线之间的绝缘电阻即可结束。
　　这种测量算法能够大大减少绝缘电阻测量的时间，提高电缆测量的效率，这在一些时间紧张的情况下是相当有利的，在其它紧急状态下也可以利用此测量方法；当然在平时的操作中如果需要测量各条芯线或芯线与大地之间的绝缘电阻值，还是应该利用一般的主/副继电器矩阵的方法一一进行测量。要注意这种快速测量算法只是针对于绝缘电阻而言，对于导通电阻的测量并不适用。
　　4 结束语
　　本文中，作者设计了一种绝缘电阻测试仪，它能测量电缆的绝缘电阻与导通电阻，文中简要介绍了测试仪的硬件设计原理，详细介绍了系统的测试流程，并设计了一种针对绝缘电阻的快速测量算法，从而大大提高了绝缘电阻的测试速度，并在实际应用中取得了很好的效果。