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摘要：本系统介绍了一种基于单片机的高精度接触电阻测量记录仪。设计以NEC单片机为控制单元，采用四点法测量接触电阻，将电阻值转换成电压信号方便于单片机采集，单片机读取信号后经处理后用低功耗液晶显示电阻值。但有时由于测量后没有及时地记录数值而使测量工作量增加，所以带有打印功能是非常必要的。总之，该设计具有操作简单方便、测量精度较高、成本价格低廉等优点，用于检测与防范电力系统中的意外事故非常实用。
关键词：NEC单片机；四点法；液晶显示；打印
随着现代化工农业的飞速发展和生活用电的普及与提高，电力系统中载体的电流不断增大。而各载体的连接性能的好坏参差不齐，电流的增大使接头过热现象发生频率增加，致使电力设备发生损坏及爆炸。因此检测与处理这些接触不良的连接部分并采取一定的预防措施，可保证系统设备的安全稳定运行。针对防范电力系统中由于接触电阻引起的严重事故，本系统介绍了一种基于单片机的高精度接触电阻测量记录仪。
一、系统原理与设计
接触电阻传统的测量方式有以下几种：传统直流电桥测量电阻法、非平衡电桥测量电阻法等，但由于被测电阻值运算复杂、测量操作不方便等原因，最终选择四点法测量电阻法。其测量方法参照國家标准GB/T15078-1994贵金属电触点材料接触电阻的测量法，由于四点法测量接触电阻采用恒流源，故测量接触电阻的实质是测量微动接触电压。四点法测量电阻方法操作简单，计算方便而且数据可直接通过单片机来处理，精度比高，故采用该方法进行接触电阻测量系统设计。
采用四点法测量接触电阻，其测量思路是：自恒流源输出恒流通过接触电阻，被测信号调整后进行信号采集，经数值换算后将被测电阻值输出显示及打印。由于通常的恒流源电流较小，对于微欧级接触电阻的测量，信号电压会淹没在噪声中而无法提取，所以应先进行恒流源扩展，使输出电流足够大到信号能被提取出来。再进行信号调整中的信号放大，然后进行信号采集和A/D转换，最后显示及打印测量结果，测量电路框图如图1.1所示。
二、硬件电路的设计
硬件电路包括：恒流源、NEC单片机控制电路、LCD显示电路、打印机电路、继电器换档电路等几个部分。本系统的关键部分在于恒流源的电流稳定性，这是整个系统的成败所在。
恒流源也称为电流源或稳流源，它能够向负载提供恒定电流。理想的恒流源，其输出电流值是绝对不变的。但实际的恒流源只能在一定的范围内（包括温度范围、输入电压范围、负载变化范围）保持输出电流的稳定性。
本次设计方案流程图如图2.1所示，采用数控恒流源，由键盘设置输出电流值送入MCU控制器，通过该电流值控制D/A转换器的输出电压，即改变恒流源的外围电压，恒流源输出电流的大小随着外围电压的大小而有规律的变化，从而实现数控功能。MCU控制器送出数字量，经过D/A转换转变成模拟信号，再送到运算放大器和大功率三极管进行放大输出恒定电流。由于该方案通过软件方法实现输出电流稳定，可任意调节电流范围，易于功能的实现，便于操作，实现智能化，而且利用常用元件就可实现，故选择此方案。
三、软件设计
接触电阻测量记录仪的程序主要包括以下功能模块：
（1）A/D转换及其换算模块，分为A/D初始
（2）化子程序、A/D中断子程序等部分；
（3）液晶显示模块，分为初始化子程序、显示子程序等部分；
（4）打印机打印模块，分为初始化程序、打印子程序等部分；
（5）中断模块，分为初始化程序、中断子程序等部分；
（6）继电器换档模块，分为初始化程序、换档子程序等部分；
（7）电压与电阻值换算模块，分为计算平均值子程序、差值比较子程序等部分；
（8）主模块，分为系统的初始化、各个子程序的调度管理等部分。
系统主程序流程如图3.1所示。
四、数据的测量
（1）表4.1中数据是系统在室温T=时，对同一接触面电阻的测量结果，为“实际值-测量值”关系表。
（2）根据“实际值—测量值”关系表制定两者关系曲线。由于测量范围较大，若只用一条关系曲线无法分析细节变化，所以将范围分段画出关系曲线，具体内容如下所示。
1）用50mA档测量时，“实际值—测量值”关系曲线如图4.1所示。
2）用100mA档测量时，“实际值—测量值”关系曲线如图4.2所示。
（3）结果分析
根据数据表和关系曲线可知，50mA档的测量范围是20 mΩ～1000 mΩ，测量的接触电阻越小，精度越高，而接触电阻越大，误差就越大；100mA档的测量范围是10 mΩ～500 mΩ，测量小电阻时精度比50mA档更高，但测量大电阻时，误差就更大。所以，在测量时，可以先估算一下接触电阻的实际值，选择合适的测量档位，从而减小测量误差。
五、结束语
“接触电阻测量记录仪的设计”的研制是源于实际的现场要求，这主要是在研制过程中注重先进、实用的原则，注重科技与应用结合，来用产、学、研结合，侧重于科研技术转化为生产力。本系统经过了设计阶段、开发实现阶段以及最后的应用测试阶段。经过努力，核心问题已经全部解决，所有功能已实现，该接触电阻测量记录仪可以应用于电力设备安装、检修后的试验验收中，能
准确地判断其安装调试质量，把过去难以实现的检测连接质量问题成为可能，为提高安装调试质量和预知隐患，提供了可靠的技术依据。
参考文献：
[1]巫荣闻，卢荣胜，李勇.基于NEC单片机的压力变送器系统[J].仪表技术与传感器，2010，8（8）：19-21.
[2]孟超普，羊彦，宋职政.基于NEC单片机的电动车充电器控制系统设计[J].电子设计工程，2013，4（7）：155-159.
[3]李林，徐泽红，吴新全.应用非平衡电桥测量电阻实验的研究[J].实验技术与管理.2007，24（3）：31～34.
[4]松井邦彦. OP放大器应用技巧100例[M]. 北京： 科学出版社，2006.87～98：267～269.
[5]NEC TOOLS 78Kx 系列MCU原理及应用[M].NEC Electronics Corporation，2007.282～291. 92～96.
[6]熊经先，朱烜辉.电触点材料接触电阻的测量方法[J].电工材料，2005，4：26～28.
[7]刘民.一种测量接触电阻的新方法[J].宇航计测技术， 2005， 25（3）： 22～25.
关键词：NEC单片机；四点法；液晶显示；打印
随着现代化工农业的飞速发展和生活用电的普及与提高，电力系统中载体的电流不断增大。而各载体的连接性能的好坏参差不齐，电流的增大使接头过热现象发生频率增加，致使电力设备发生损坏及爆炸。因此检测与处理这些接触不良的连接部分并采取一定的预防措施，可保证系统设备的安全稳定运行。针对防范电力系统中由于接触电阻引起的严重事故，本系统介绍了一种基于单片机的高精度接触电阻测量记录仪。
一、系统原理与设计
接触电阻传统的测量方式有以下几种：传统直流电桥测量电阻法、非平衡电桥测量电阻法等，但由于被测电阻值运算复杂、测量操作不方便等原因，最终选择四点法测量电阻法。其测量方法参照國家标准GB/T15078-1994贵金属电触点材料接触电阻的测量法，由于四点法测量接触电阻采用恒流源，故测量接触电阻的实质是测量微动接触电压。四点法测量电阻方法操作简单，计算方便而且数据可直接通过单片机来处理，精度比高，故采用该方法进行接触电阻测量系统设计。
采用四点法测量接触电阻，其测量思路是：自恒流源输出恒流通过接触电阻，被测信号调整后进行信号采集，经数值换算后将被测电阻值输出显示及打印。由于通常的恒流源电流较小，对于微欧级接触电阻的测量，信号电压会淹没在噪声中而无法提取，所以应先进行恒流源扩展，使输出电流足够大到信号能被提取出来。再进行信号调整中的信号放大，然后进行信号采集和A/D转换，最后显示及打印测量结果，测量电路框图如图1.1所示。
二、硬件电路的设计
硬件电路包括：恒流源、NEC单片机控制电路、LCD显示电路、打印机电路、继电器换档电路等几个部分。本系统的关键部分在于恒流源的电流稳定性，这是整个系统的成败所在。
恒流源也称为电流源或稳流源，它能够向负载提供恒定电流。理想的恒流源，其输出电流值是绝对不变的。但实际的恒流源只能在一定的范围内（包括温度范围、输入电压范围、负载变化范围）保持输出电流的稳定性。
本次设计方案流程图如图2.1所示，采用数控恒流源，由键盘设置输出电流值送入MCU控制器，通过该电流值控制D/A转换器的输出电压，即改变恒流源的外围电压，恒流源输出电流的大小随着外围电压的大小而有规律的变化，从而实现数控功能。MCU控制器送出数字量，经过D/A转换转变成模拟信号，再送到运算放大器和大功率三极管进行放大输出恒定电流。由于该方案通过软件方法实现输出电流稳定，可任意调节电流范围，易于功能的实现，便于操作，实现智能化，而且利用常用元件就可实现，故选择此方案。
三、软件设计
接触电阻测量记录仪的程序主要包括以下功能模块：
（1）A/D转换及其换算模块，分为A/D初始
（2）化子程序、A/D中断子程序等部分；
（3）液晶显示模块，分为初始化子程序、显示子程序等部分；
（4）打印机打印模块，分为初始化程序、打印子程序等部分；
（5）中断模块，分为初始化程序、中断子程序等部分；
（6）继电器换档模块，分为初始化程序、换档子程序等部分；
（7）电压与电阻值换算模块，分为计算平均值子程序、差值比较子程序等部分；
（8）主模块，分为系统的初始化、各个子程序的调度管理等部分。
系统主程序流程如图3.1所示。
四、数据的测量
（1）表4.1中数据是系统在室温T=时，对同一接触面电阻的测量结果，为“实际值-测量值”关系表。
（2）根据“实际值—测量值”关系表制定两者关系曲线。由于测量范围较大，若只用一条关系曲线无法分析细节变化，所以将范围分段画出关系曲线，具体内容如下所示。
1）用50mA档测量时，“实际值—测量值”关系曲线如图4.1所示。
2）用100mA档测量时，“实际值—测量值”关系曲线如图4.2所示。
（3）结果分析
根据数据表和关系曲线可知，50mA档的测量范围是20 mΩ～1000 mΩ，测量的接触电阻越小，精度越高，而接触电阻越大，误差就越大；100mA档的测量范围是10 mΩ～500 mΩ，测量小电阻时精度比50mA档更高，但测量大电阻时，误差就更大。所以，在测量时，可以先估算一下接触电阻的实际值，选择合适的测量档位，从而减小测量误差。
五、结束语
“接触电阻测量记录仪的设计”的研制是源于实际的现场要求，这主要是在研制过程中注重先进、实用的原则，注重科技与应用结合，来用产、学、研结合，侧重于科研技术转化为生产力。本系统经过了设计阶段、开发实现阶段以及最后的应用测试阶段。经过努力，核心问题已经全部解决，所有功能已实现，该接触电阻测量记录仪可以应用于电力设备安装、检修后的试验验收中，能
准确地判断其安装调试质量，把过去难以实现的检测连接质量问题成为可能，为提高安装调试质量和预知隐患，提供了可靠的技术依据。
参考文献：
[1]巫荣闻，卢荣胜，李勇.基于NEC单片机的压力变送器系统[J].仪表技术与传感器，2010，8（8）：19-21.
[2]孟超普，羊彦，宋职政.基于NEC单片机的电动车充电器控制系统设计[J].电子设计工程，2013，4（7）：155-159.
[3]李林，徐泽红，吴新全.应用非平衡电桥测量电阻实验的研究[J].实验技术与管理.2007，24（3）：31～34.
[4]松井邦彦. OP放大器应用技巧100例[M]. 北京： 科学出版社，2006.87～98：267～269.
[5]NEC TOOLS 78Kx 系列MCU原理及应用[M].NEC Electronics Corporation，2007.282～291. 92～96.
[6]熊经先，朱烜辉.电触点材料接触电阻的测量方法[J].电工材料，2005，4：26～28.
[7]刘民.一种测量接触电阻的新方法[J].宇航计测技术， 2005， 25（3）： 22～25.