摘 要

中间继电器(intermediate relay)常用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。 它也用于在控制电路中传递中间信号。而继电器如果不能正常工作，将对整个系统产生严重的不良影响。对继电器的可靠性检测维护是保证系统安全运行的重要保障。传统的测量由现场维护人员人工完成，单人完成1个中间继电器测量最快也要5分钟，而电厂使用的中间继电器有上万个，这样导致测试周期非常漫长，需投入大量人力物力，影响电力生产。

在本次设计中，本文论述了一种由 STM32 控制的中间继电器参数检测系统的设计原理和实现方法。该系统可完成对中间继电器的吸合电压、释放电压、触点接触电阻等参数的测试。该该检测系统由两个部分组成，两个部分分别负责检测中间继电器的吸合电压，释放电压与触点的接触电阻。检测的方法分别是根据吸合/释放电压的定义进行测量，与双锁相放大法检测接触电阻。检测完毕后，系统可以通过通讯接口进行参数输出。

关键词：中间继电器；单片机；接触电阻；吸合/释放电压

Abstract

Intermediate relays are often used in relay protection and automatic control systems to increase the number and capacity of contacts. It is also used to transmit intermediate signals in a control circuit. And if the relay does not work properly, it will have serious adverse effects on the whole system. The reliability inspection and maintenance of relay is an important guarantee for the safe operation of the system. The traditional measurement by on-site maintenance personnel to complete, complete 1 single relay measurement will take at least 5 minutes, and the intermediate relay plant with tens of thousands, so that the test cycle is very long, need to invest a lot of manpower and resources, affects the power production.

In this design, this paper discusses the design principle and implementation method of an intermediate relay parameter detection system controlled by STM32. The system can measure the pull in voltage, the release voltage and the contact resistance of the intermediate relay. The detection system consists of two parts, and the two parts are responsible for detecting the pull in voltage of the intermediate relay and releasing the contact resistance between the voltage and the contact point. The detection methods are measured according to the definition of the pull in / release voltage, and the contact resistance is detected with the double phase lock amplification method. After testing, the system can output parameters through the communication interface.

Key words: intermediate relay; single chip microcomputer; contact resistance; pull in / release voltage

目录

一、绪论 1

1.1中间继电器的作用 1

1.2 中间继电器测试的意义 2

1.3中间继电器检测国内外现状 2

1.4 未来发展趋势 4

1.5设计的目的 4

1.6本章小结 4

二、系统的设计方案 5

2.1总体系统设计方案 5

2.1.1系统设计框图 5

2.2 吸合/释放电压测试原理分析 6

2.2.1原理框图 6

2.2.2设计原理分析 6

2.3 接触电阻测试原理分析 7

2.3.1原理框图 7

2.3.2设计原理分析 7

2.4本章小结 8

三、硬件电路设计 9

3.1 单片机 9

3.1.1 所用单片机介绍 9

3.1.2单片机硬件电路图 10

3.2接触电阻测试部分 11

3.2.1 ML2035产生正弦信号 11

3.2.2待测电阻电路 11

3.2.3 90°移相电路 12

3.2.4 AD630锁相放大器 13

3.2.5低通滤波器LPF 13

3.2.6电压传感器 14

3.3吸合/释放电压部分 14

3.3.1电源 14

3.3.2数字开关CD4051 15

3.3.3信号接收 16

3.3.4与上位机通信 16

3.4 本章小结 17

四、系统软件设计 18

4.1测试程序流程框图 18

4.1.1接触电阻测试程序框图 18

4.1.2吸合/释放电压测试程序框图 19

4.2接触电阻参数运算 20

4.3 串口通信技术 21

4.4本章小结 21

五、结论 22

致谢 23

参考文献 24

一、绪论

1.1中间继电器的作用

中间继电器是电磁继电器的一种，它的原理和交流接触器一样，都是由固定铁芯、动铁芯、弹簧、动触点、静触点、线圈、接线端子和外壳组成。线圈通电，动铁芯在电磁力作用下动作吸合，带动动触点动作，使常闭触点分开，常开触点闭合；线圈断电，动铁芯在弹簧的作用下带动动触点复位。
在工业控制线路和现在的家用电器控制线路中，常常会有中间继电器存在，对于不同的控制线路，中间继电器的作用有所不同，其在线路中的作用常见的有以下几种。
（1）代替小型接触器
中间继电器的触点具有一定的带负荷能力，当负载容量比较小时，可以用来替代小型接触器使用，比如电动卷闸门和一些小家电的控制。这样的优点是不仅可以起到控制的目的，而且可以节省空间，使电器的控制部分做得比较精致。
（2）增加接点数量
这是中间继电器最常见的用法，例如，在电路控制系统中一个接触器的接点需要控制多个接触器或其他元件时而是在线路中增加一个中间继电器。
（3）增加接点容量
我们知道，中间继电器的接点容量虽然不是很大，但也具有一定的带负载能力，同时其驱动所需要的电流又很小，因此可以用中间继电器来扩大接点容量。比如一般不能直接用感应开关、三极管的输出去控制负载比较大的电器元件。而是在控制线路中使用中间继电器，通过中间继电器来控制其他负载，达到扩大控制容量的目的。
（4）转换接点类型
在工业控制线路中，常常会出现这样的情况，控制要求需要使用接触器的常闭接点才能达到控制目的，但是接触器本身所带的常闭接点已经用完，无法完成控制任务。这时可以将一个中间继电器与原来的接触器线圈并联，用中间继电器的常闭接点去控制相应的元件，转换一下接点类型，达到所需要的控制目的。
（5）用作开关
在一些控制线路中，一些电器元件的通断常常使用中间继电器，用其接点的开闭来控制，例如如彩电或显示器中常见的自动消磁电路，三极管控制中间继电器的通断，从而达到控制消磁线圈通断的作用。
（6）转换电压
（7）消除电路中的干扰
在工业控制或计算机控制线路中，虽然有各种各样的干扰抑制措施，但干扰现象还是或多或少地存在着。中间继电器能够消除电路中的干扰，使电路更加稳定。

1.2 中间继电器测试的意义

随着我国工业向着智能制造方向发展，中间继电器在我国的应用越来越广泛，它作为与电机结合的电子元器件，质量至关重要，不仅直接关系到生产设备的质量，更关系到操作人员的安全。中间继电器应用场合大多为工业现场，一旦发生故障，后果将非常严重。因此，需要设计测试系统对继电器实施全面、自动化、准确的测量，以提高产品质量。中间继电器实际上是由电控制的完成关闭和打开等机械运动功能的电子器件，电信号与机械信号之间的转换是通过磁场的中间作用实现的。中间继电器在触点的寿命、主要失效方式以及可靠性等方面具有一定的特殊性，与半导体的开关器件相比，它是依靠晶体内部的载流子运动而工作的。

在中间继电器被广泛使用的同时，它的可靠性却不能令人满意。原因在于我国的继电器的生产工艺大多比较落后，某些生产工序甚至采用手工操作，而且材料质量也不甚过关，这就降低了继电器的总体性能。另一方面继电器的检测技术还不是很先进，无法准确的剔除那些不合格的产品。以上的这些原因使得电磁继电器的可靠性不是很高，阻碍了电磁继电器的推广应用。另一方面应用电磁继电器的场合都是一些比较重要的领域比如工业控制，航空航天等，所以对电磁继电器参数的检测显得刻不容缓。

1.3中间继电器检测国内外现状

在国外，较早的开展了对于电磁继电器性能试验标准的制定工作。在20世纪60年代，美国发表了MIL-R-39016的军用标准《有可靠性指标的电磁继电器总规范》；紧随其后，德国和日本等发达国家也相继发布了相关的性能试验标准，例如1980年日本发布了《有可靠性要求的控制用小型继电器通则》JISC5440的日本工业标准、德国发布了《低压开关电器规范》VDE0660的标准。