繼電器過零檢測(cè)的軟件實(shí)現(xiàn)

顧正華

摘? 要：在大功率應(yīng)用下，繼電器過零檢測(cè)既可以保證繼電器在瞬間工作電壓、工作電流最小的情況下，進(jìn)行斷開和吸合，同時(shí)也能夠降低吸合或斷開瞬間的工作溫度，減少拉弧現(xiàn)象，延長(zhǎng)繼電器的工作壽命。

關(guān)鍵詞：繼電器;檢測(cè);拉弧

中圖分類號(hào)：TM58? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）09-0091-02

Abstract： In the high-power application， the zero-crossing detection of the relay can not only ensure that the relay can disconnect and pull in when the instantaneous working voltage and current are minimum， but also reduce the working temperature at the moment of pull-in or disconnection， reduce the phenomenon of arc drawing， and prolong the working life of the relay.

Keywords： relay; detection; arc drawing

本項(xiàng)目采用STC15單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè)工作，STC15單片機(jī)相對(duì)于通常的51系列單片機(jī)，除了常用的功能以外，有以下特點(diǎn)：（1）中斷、定時(shí)器資源更多;（2）有內(nèi)部用戶FLASH區(qū)域，可用于記錄保存歷史數(shù)據(jù);（3）大部分指令單個(gè)時(shí)鐘，運(yùn)行速度更快，定時(shí)更準(zhǔn)確，適合對(duì)時(shí)間檢測(cè)要求較高的場(chǎng)合。

1 過零檢測(cè)的四個(gè)階段

（1）將市電信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL邏輯信號(hào)，用于單片機(jī)檢測(cè)。（2）利用單片機(jī)檢測(cè)邏輯信號(hào)并判斷出市電頻率，不同國家的市電頻率不同，頻率有50Hz和60Hz兩種，由于目前電源一般都是兩者通用，所以必須在檢測(cè)過程中將其識(shí)別出來。（3）控制繼電器輸入端吸合（或斷開），并等待繼電器輸出端導(dǎo)通（或斷開），測(cè)試?yán)^電器的吸合時(shí)間和斷開時(shí)間。（4）根據(jù)第二和第三項(xiàng)測(cè)試到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行過零點(diǎn)開關(guān)控制。本文主要闡述通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)過零檢測(cè)的具體過程（過程二、三、四），對(duì)市電和邏輯信號(hào)的轉(zhuǎn)化不做具體闡述。

2 第一階段，將市電信號(hào)轉(zhuǎn)換為邏輯信號(hào)

通過整流橋及相關(guān)電路，將市電正弦波轉(zhuǎn)化為3.3V的方波。

3 第二階段，測(cè)試市電頻率

測(cè)試頻率主要使用單片機(jī)的兩個(gè)功能：中斷和計(jì)時(shí)功能。由于市電頻率會(huì)有一定程度的波動(dòng)，單次測(cè)試會(huì)導(dǎo)致誤差，所以需要連續(xù)測(cè)試多次后，去除最高值和最低值后取平均值，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。測(cè)試時(shí)打開中斷，設(shè)置為下降沿觸發(fā)模式。在第一中斷到來的時(shí)候，打開定時(shí)器計(jì)時(shí)，在接下來的每個(gè)中斷點(diǎn)記錄時(shí)間點(diǎn)?？紤]到此數(shù)據(jù)在整個(gè)過零檢測(cè)過程中的重要性，為防止測(cè)試數(shù)據(jù)過程中意外出現(xiàn)頻率變化，可對(duì)此數(shù)據(jù)再進(jìn)行一些絕對(duì)值的判斷，將每個(gè)數(shù)據(jù)偏離50Hz和60Hz較遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)剔除掉，將外界干擾的影響降低到最低程度。此數(shù)值測(cè)試后保存到相應(yīng)變量，在第四階段使用。

4 第三階段，測(cè)試?yán)^電器的吸合延時(shí)和斷開延時(shí)

測(cè)試吸合延時(shí)，B/C/D點(diǎn)為輸入端，輸入到繼電器，A點(diǎn)為輸出端，反饋信號(hào)到單片機(jī)。開始測(cè)試前，C點(diǎn)和D點(diǎn)之間沒有電壓，繼電器處于斷開狀態(tài)。開始測(cè)試，單片機(jī)給C端和D端施加5V電壓（測(cè)試使用5V繼電器），B端也施加3.3V電壓，在此同時(shí)，打開定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，同時(shí)A端連接的單片機(jī)中斷腳打開上升沿中斷。在數(shù)毫秒之后，繼電器A端輸出信號(hào)給單片機(jī)中斷腳，繼電器再從D端輸入信號(hào)，到A端輸出信號(hào)，中間的時(shí)間就是繼電器的吸合延時(shí)。同樣的方式，在初始階段將繼電器吸合，在打開中斷的時(shí)候給繼電器斷開信號(hào)并檢測(cè)A端信號(hào)，可測(cè)試?yán)^電器的斷開時(shí)間。

單片機(jī)通過中斷方式獲取市電的零點(diǎn)，通過第二階段和第三階段的測(cè)試，需要補(bǔ)償?shù)臅r(shí)間是Tpower/2-Ton，即在市電零點(diǎn)之后，延時(shí)Tpower/2-Ton，則繼電器在吸合時(shí)正好在市電的過零點(diǎn)。

在此測(cè)試過程中，會(huì)有一些可能產(chǎn)生誤差的點(diǎn)，一是在第一階段的市電轉(zhuǎn)化為方波的過程中，方波的上升沿和下降沿的陡度，會(huì)對(duì)中斷檢測(cè)產(chǎn)生一些誤差;二是在這個(gè)轉(zhuǎn)換過程中，由于阻容器件的存在，本身會(huì)產(chǎn)生一定的延時(shí)。通常情況下，這兩者產(chǎn)生的誤差都是微秒級(jí)別，而繼電器本身的延時(shí)是毫秒級(jí)別，所以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)影響不大，當(dāng)然也可以通過示波器去觀察并實(shí)際測(cè)試這個(gè)時(shí)間，并將其集成到軟件中進(jìn)行補(bǔ)償。一般情況下，在測(cè)試硬件固定的情況下，這個(gè)誤差也是固定的。

5 結(jié)束語

在實(shí)際應(yīng)用中，通過軟件的集成，可以對(duì)每個(gè)繼電器的吸合時(shí)間和斷開時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)記，對(duì)于終端使用者，不需要再對(duì)繼電器進(jìn)行單個(gè)的測(cè)試，而只需要根據(jù)標(biāo)記好的數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)集成到軟件內(nèi)。同時(shí)使用此方法，也可以對(duì)繼電器進(jìn)行老化測(cè)試，監(jiān)控其壽命以及在整個(gè)壽命范圍內(nèi)的吸合時(shí)間和斷開時(shí)間的變化，方便終端客戶對(duì)軟件進(jìn)行微調(diào)。

參考文獻(xiàn)：

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