电气设备自动检测技术研究.docx

1 绪论
1.1自动检测技术的发展现状
随着IT产业和通信技术、电子技术、计算机技术的告诉发展，大量的生产装备和产品的电子化、数字化、自动化、智能化的程度越来越高，与之配套的电子测量设备必须适应这种形式，特别是一些高度电子化产品、航空航天、军用武器设备，以及工业自动化、通信光学能源等诸多技术领域，在其科研集成、使用诊断、维护的全过程中，先进的电子设备起着举足轻重的作用。因此，综合了测量技术、电子技术、自动化技术和计算机技术与一体的自动测试系统的研发。成了国内外知名厂商的大课题。[1]
到20世纪70年代，电子设备的测试和故障诊断技术成为一门独立的学科。之后，随着计算机技术和电子技术的飞速发展，到80年代，电子产品生产中的自动检测设备在发达国家得到了广泛的应用，其中具有代表性的设备是印刷电路板自动检测设备和通用电器检测设备，前者可以根据电路原理图和印刷板图对相应电路板走线的直流电阻、绝缘电阻、漏电流、耐压等参数进行快速测量、分析，该设备的应用，大幅降低了电路板的生产成本，提高了电路板的质量和相关电子产品的成品率。后者可以在电气设备的生产线上对各电路环节进行直流电阻、接地电阻、绝缘电阻、泄漏电流、冷态耐压、热态耐压、工作电压、工作电流、功率等参数进行自动检测、分析。
美国从20世纪80年代开始投入大量人力和资金，研发各种兵器使用的多种测试系统，并陆续投入使用，通过多次局部战争的考验，产品正在走向成熟，民用测试系统的使用也在日益夸大，并在经济、军事领域显示了巨大的促进和保障作用。
在国内，由于众多需求的推动，自动测试系统技术也有了极大的发展，目前正在处于从专用测试系统向通用测试系统的转变过程中。但是，由于这项技术涉及多学科、多领域、多环境、和多用户的合作，自动测试系统中的总线技术、软件控制技术、编程技术、硬件技术、测试与诊断技术、集成技术有是复杂多样的；国内国际虽有标准可依，但往往是建立在一些企业标准的基础之上，更多是解决专用测试系统用的，加之标准也在随着技术发展而不断变化。这些都给自动测试系统的研发、使用、维护带来了极大的挑战和压力 。
目前，电子产品的检测设备按应用分可分为：设备状态测试、故障诊断设备和性能检测标定设备。随着全面质量管理（TQC）在我国的实施和深入，自动检测设备的开发和应用受到了企业界的广泛重视。近年来，市场上出现了多种电路在线检测、维修设备，在电子电路的检测、排除故障中起到了很大的作用。这些仪器设备的特点是在计算机控制下通过特定的测试手段，自动完成对电路元件的参数的采集，代替了人工借助万用表、示波器、扫描仪等进行的手工测试。
自动检测技术在国防工业上运用也极为广泛。众所周知，现代兵器多为机、光、电技术综合运用的高技术装备，而电子设备又成为了高技术装备的控制核心。研究电子设备的自动检测和故障自动诊断系统，对提高兵器的生产效率、抢修能力和恢复战斗力，都具有十分重要的意义。
1.2设计的内容和要求
由于军工产品需进行环境实验，如温度，湿度，电磁兼容性能都有一定要求。而实验室如电磁场干扰较严重，因此选用工控机及PCI总线采集卡，设计一套电气设备自动检测装置。
电气控制装置、起动控制装置、及电源变换装置是导弹的重要部件。研制、生产导弹的过程中，要求这些装置的工作状况要绝对地安全、可靠。
对于这些装置的检测，目前采用半手动、手动相结合的方法。这种方法的不足之处在于测量周期长、生产率低、测量精度低、并且存在人为因素造成的测量误差。
设计自动检测装置，由计算机向检测台发出相应的控制信号，分别实现对起动控制装置、电气控制装置及电源变换装置的控制，并由计算机采集对应的测量结果，将测量结果存储、显示；根据要求还可以实现测量结果的分析、报表。采用自动检测装置可以缩短测量周期，克服人为因素带来的测量误差，提高测量结果的客观性、准确性。故需设计一个用于导弹电气装置自动检测台。

2 电气设备手动检测台介绍
2.1手动检测台设备连接示意图
用两台双路输出0~30v直流稳压电源模拟导弹四种电源，并向模拟检查台供电。模拟火工品电池输出的电源电压调节到30v，模拟地面供电电源电压调节到27v。模拟弹上锌银电池供电电源调节到28v。模拟电源变换器供电电源调节到29v，也用于检查台供电。
图 1 手动检测台连接图

2.2 手动检测台测试内容
2.2.1 检查台加电
将检查台所有开关处于关闭位置，打开直流稳压电源开关。
2.2.2 通电测试
1. 接通检查台“灯检查”开关s10，面板上所有信号灯亮，确认信号灯状态完好，断开“灯检查”开关s10。所有信号灯熄。
2. 接通“断开燃油泵供电”开关s20，检查台“断开弹上115v指令”，信号灯h12亮。接通“燃油泵检测供电”。开关s21检查台“燃油系统供电信号”，信号灯h36亮。“燃油泵供电“信号灯h46亮。“油位信号器正常”信号灯h42亮。“放气电磁阀工作信号”，信号灯h45亮。“油位信号器工作”信号灯h35亮；断开s21，信号灯h35，h36，h42，h45。H46熄；断开 s20，信号灯h12熄。
3.接通模拟检查台“断开弹上电池指令”开关s26，检查台“断开弹上115v指令”。信号灯h12，“已断开弹上电池”信号灯h9亮。
4. 接通“地面供电”开关s11，检查台“弹上电源电压”，h10信号灯亮，“通路检查1~4”，信号灯h17~h20亮。“连接舵电源”信号灯h53亮，“舱机功放电源”信号灯h16亮，“管控配准组合供电”信号灯h43亮，“遥测供电”信号灯h44亮，“惯导供电”信号灯h48亮，“制导机供电”信号灯h10亮，电压表指示s30第4档“母线电源电压”27v±1v。
5. 接通模拟检查台的“a1自检指令”开关s16，检查台“a4自检正常信号”信号灯h2。H3亮，“a3自检正常信号”，信号灯h54亮，“a2自检正常信号”，信号灯h55亮，断开s16，信号灯h2，h3,h54，h55熄。
6. 接通“ 机检测供电控制”开关s18，检查台“ 舵机供电信号”信号灯h6（延时0.35s）亮，“机28.5v信号”h15（延时0.35s）亮，断开s18，信号灯h6，h15熄。
7. 接通“总压管加温检测供电”开关s19，检查台“总压管加温”信号灯h37亮，断开s19，信号灯h37熄。
8. 接通“油位信号器满油检测”开关s13，检查台“放气电磁阀工作信号”信号灯h45亮，“油位信号器工作”信号灯h35亮，“油位信号器正常信号“信号灯h42亮。断开s13，信号灯h45，h35，h42熄。
9. 接通“油位信号器空油检测”开关s14，检查台“油位信号器工作”信号灯h42亮，“放气电磁阀工作信号”，信号灯h45亮，“油位器工作”信号灯h35亮，断开s14，信号灯h45，h35，h42熄。
10. 接通“照明供电控制”开关s17，检查台“照明电池供电”，信号灯h52亮，“照明电池电压”信号灯h41亮，断开s17，信号灯h52，h41熄。
K 接通“电池激活指令”开关s25，检查台“火工品电池电压”信号灯h38亮，“热电池电压”信号灯h47亮，“火工品电源”信号灯h51亮。
11. 断开“断开弹上电池指令”开关s26，检查台“断开弹上115v指令”，信号灯h12熄，“已断开弹上电池”信号灯h9熄，“弹上电池电压”信号灯h14亮，“总压管加温”信号灯h37亮，“燃油系统供电信号”信号灯h36亮，燃油 泵 供电“信号灯h46亮，”“油位信号正常”信号灯h42亮，“放气电磁阀工作信号”，信号灯h45亮，“油位信号器工作”信号灯h35亮。断开“地面供电”开关s11，电压表指示s30第4档“母线电压”，电压变化为28v±1v。
12. 接通“末端开关松开”开关s27，检查台“t0”信号灯h5亮，“引信供电”信号灯h39亮，电压表第6档“t0”助推器脱落“显示28v±1v.
13.接通“压紧开关松开”开关s28，检查台“尾翼展开烟火作动筒工作”，信号灯h21~h28亮，电压表指示s30第7挡“尾翼展开，抛镜盖指令”显示27.3v±1v。电压表指示s30第2档，“过载开关遥测信号I”和电压表指示s30第3档“过载开关遥测信号II”，电压为13.6v±0.7v. 延时0.35s,“舵机供电信号”信号灯h6（延时0.35s）亮，“舵机供电”信号灯h15（延时0.35s）亮。‘舵机供电“信号灯h15亮（延时0.35s）亮。
14. 接通模拟检查台“过载开关I”，s22开关到H信号电压表指示s30第2档“过载开关遥测信号I”，电压为9.1v±0.7v。
15. 接通模拟检查台“过载开关I”s22开关到L信号，延时0.35s检查台“爆炸螺栓工作”信号灯h29，h30亮。电压表指示s30第1档“助推器分离指令”，电压为28v ± 1v，电压表指示s30第2档 “过载开关遥测信号I”电压位为27v± 1v。断开“压紧开关松开”开关s28，检查台“尾翼展开烟火动筒工作”信号灯h21~h28熄。“舵机供电信号”信号灯h6熄，电压表指示s30第2档“过载开关遥测信号I”，电压为901v ± 0.7v.电压表指示s30第7档“尾翼展开抛镜盖指令”，电压为0v。
16. 断开“末端开关松开”开关s27，检查台“T0”，信号灯h5熄，“助推器脱落信号”信号灯h4，h7，h8亮。KD2信号灯h13亮，“弹翼展开烟火作动筒工作”信号灯h31，h32亮，电压表指示s30第6档“T0”，助推器脱落，电压为0V，电压表指示s30第5档“KD2，弹翼展开指令”，电压为28v±1v。
17. 接通“电源变换器供电”开关s12，电压表指示s30第4档“母线电压”为29v± 1v。
18. 断开“电源变换器供电”开关s12，电压表指示s30第4档“母线电压”为28v±1v。
19. 接通“抛镜盖指令”开关s24，检查台“镜盖弹射器烟火作动筒工作”信号灯h33，h34亮，“照明电池激活”信号灯h49，h50亮，电压表第7档“尾翼展开抛镜盖指令”，电压为28.3 v± 1v。
断开检查台所有开关。重复c~d, k~o。
20. 接通模拟检查台“过载开关II”，s23开关到H信号，电压表指示s30第3档“过载开关遥测信号II”电压为9.1v±0.5v。
21. 接通 模拟检查台“过载开关II”s23开关到L信号延时0.35 s，检查台爆炸螺栓工作“信号灯h29，h30亮。电压表指示s30第1档“助推器分离指令”电压为28 v±1 v。电压表指示第3档“过载开关遥测信号II”，电压位为27v± 1 v。
22. 断开“压紧开关松开”开关s28，检查台“尾翼展开烟火作动筒工作”信号灯h21~h28熄。“舵机供电信号”信号灯H6熄，电压表指示s30第3档“过载开关遥测信号II”电压为9.1 v ± 0.7 v。电压表指示s30第7档“尾翼展开抛镜指令”电压为0v。
重复s,w，重复c~d k~o。
23. 接通模拟检查台“助推器分离指令”，s15开关，检查台“爆炸螺栓工作”信号灯h29，h30亮，电压表指示s30第1档“助推器分离指令”电压为29v±1 v。
24. 断开“压紧开关松开”开关s28，检查台“尾翼展开烟火作动筒工作”信号灯h21~h28熄，“舵机供电信号”信号灯h16熄，电压表指示s30第2档“过载开关遥测信号I”第3档“过载开关遥测信号II”和第7档“尾翼展开抛镜盖指令”。
电压为0v，重复s,w。

3 电气设备自动检测装置总体设计
3.1 系统需求
图1中三个检测台共用一个主控单元，电气控制装置检测台和起动控制装置检测台有共同点，所以做在一个箱子里。为了避免干扰其它单元，电源变换装置检测台单独作成一个箱子。为了方便维护设备，确保工作的可靠性，每个检测台对应自己的数据采集卡组。[2]

检测装置

被测设备3

检测装置

工控机

被测设备4
4

检测装置

被测设备x
x

数据采集卡1

数据采集卡
2
·
·
·

数据采集卡 n

被测设备3
被测设备1

图 2 电气设备自动检测台原理结构图

3.2.2 软件设计
软件设计包括前台实时处理程序和事后数据处理程序。前台程序的功能有：单步检测，连续检测，观察数据曲线；事后数据处理程序的功能有：数据管理、统计、维护、报表生成、打印报表。[3]
3.2.3 自动检测装置防死机保护电路设计
工控机运行当中如果出现死机情况，如果测试软件正在运行，那么有可能出现某些继电器长时间闭合，导致产品当中某些器件长时间处在工作状态而损坏器件，因此在自动检测装置中加入了防死机保护电路，一旦工控机出现死机，该保护电路自动断开检测箱的供电电源，而使检测箱所有给产品供电的继电器全部断开，达到保护产品和检测箱的目的。
防死机保护电路的原理主要是利用死机时测试软件也停止运行的现象，如果在测试软件中认为的每隔一段指令插入输出脉冲指令，则软件运行时将每隔一定的时间输出一个脉冲，如死机，则会停止输出脉冲。那么，防死机保护电路判断脉冲输出的时间间隔，若过了判断门限还没检测到新的脉冲的到来则判断工控机已死机，执行断开检测箱电源的动作，保护检测箱和产品。

4 硬件设计
4.1电气设备自动检测装置框图
电气设备自动检测装置框图如图2所示，此方案是建立在手动检测的基础上，需要有18路开关量、54路的指示灯和7路模拟量单端输入。按系统集成技术路线，工控机需带有输入输出开关量的采集卡和带有模拟量输入的采集卡。首先，从工控机有18路开关量输出到自动检测装置，在自动检测装置经过信号转换，有54路的指示灯和7路模拟量单端输入分别返回到工控机。同时，自动检测装置到达被测设备即电气控制装置，然后，由VC编程实现逻辑控制、判断。最后计算机采集对应的测量结果，将测量结果存储、显示。采用这种方案硬件设计少、且开发周期短、可靠性高。

DO
带采集卡的工控机 自动检测装置 电气控制装置
AI

DI

图3 自动检测装置框图

4.2 总线及所需元器件介绍
4.2.1 PCI总线
PCI总线具有严格的规范，这就保证了它具有良好的兼容性，符合PCI规范的扩展卡可插入任何PCI系统可靠的工作。PCI总线可以提供极高的数据传送速度（132MB），并且PCI总线可以从32位升级到64位。PCI支持线性猝发式，在猝发方式下地址可无限性递增，传送过程需要CPU干预，PCI总线与CPU无关。与时钟频率无关，可适用于各种平台，支持多处理器和并发工作，PCI总线还 具由良好的扩展 性，通过PCI—PCI 桥路，可允许无限地扩展。PCI总线支持自动配置，扩展卡不需要开关或跳线设置。PCI还可以允许平滑地从5V供电过渡到3.3V，这些预示着PCI总线成为新一代微机的总线。PCI总线的缺点是协议的执行比较复杂，需要专用芯片的支持，价格偏高。[4]
PCI总线具有以下特点：
1. 性能
总线 宽度32位可升级到64位。
支持猝发工作方式，提高传送速度。
低随机访问延迟（对从总线上的主控寄存器到从属寄存器的写访问延时为60ns）
处理器内存子系统能力完全一致。
总线的同步工作频率可达到33MHZ。
隐含的中央仲裁器。
2. 低成本
采用最优化的芯片，标准的ASIC技术和其它处理技术相组合。
多路复用体结构减少了管脚数和PCI部件。
基于ISA，EISA， MCA 系统的PCI扩展板，减少了用户的开发成本。
3. 方便
对PCI扩展卡及元件能够自动配置，实现设备的即插即用。
4. 寿命长
处理器独立，不依赖任何CPU支持多种处理器及将来待开发的更高性能处理器。
支持64位地址。
5v和3v信号环境已规范化，工业从5v到3v已完成平滑过渡。
扩展板尺寸较小。
5. 可靠性高
标准中考虑了负载容限，即使扩展卡超过负荷的最大值，系统也可以正常运行。
通过了以硬件模式进行的2000多小时的电子SPICE模拟试验。
32位，64位扩展板和部件正，反向兼容。
在局部总线的部件级满足负载和频率要求的情况下，可以提高附加卡的可靠性和可操作性。
6. 灵活
多主控器允许任何PCI主设备和从设备之间进行点对点访问共享槽口既可以插标准的EISA，ISA，MCA板，也可插PCI扩展板。
7. 数据完整
PCI提供的数据和地址奇偶校验功能，保证了数据的完整性和准确性。
8. 软件兼容
PCI部件和驱动程序可以在各种不同的平台上运行。
4.2.2 工控机
总线工控机是工业型计算机，总线的16位总线性能满足嵌入式和实时性应用要求，特别是它的小板尺寸、垂直放置无源背板的直插式结构、丰富的工业I/O OEM模板、低成本、低功耗、扩展的温度范围、可靠性和良好的可维护性设计，使其在空间和功耗受到严格限制的、可靠性要求较高的工业自动化领域得到了广泛应用。
目前，总线工控机已经升级到486DX，可以满足大多数应用要求。Motorola计算机部MCG（原Pro-Log公司）的7874A，CPU为486DX2-66/486DX4-100/5x86-133、Flash盘容量4MB；集成PLC MODEL 442A由2个486DX CPU板构成多组系统，一个运行操作系统和网络管理；另一个运行PLC功能，进行实时I/O控制。Winsystems公司的MCM-DX，CPU为486DX-80。北京康拓公司最新推出的486DX2-66产品STD5094，采用了ST-PC单片计算机技术、DOC2000 Flash模块技术和ALL-IN-ONE设计技术。在386档次上，MCG、Systek、Winsystems和北京康拓等公司都推出了386EX “ALL-IN-ONE”CPU板。
总线工控机采用单片计算机（Computer-on-a-chip）技术，可以继续提升“ALL-IN-ONE”CPU板的性能，而不受小板尺寸限制。632总线工控机技术更好地发挥了32位计算机的性能。
　　自从1978年总线问世以来，总线工控机已经被证明是工业控制实现的主力军。随着技术的进步，原来被工业用户所认同STD-80标准已经难以满足要求。1990年9月，STD32 MG公布STD32规范1.0版。STD32具有32位数据宽度，32位寻址能力，是工业型的高端计算机。STD32总线兼容STD-80规范，产品可以互操作。
　　众所周知，总线的力量不在于其理论上多么先进，而在于为这种总线研制的OEM模板的数量和种类的丰富程度。32总线工控机由众多的OEM制造商支持，既可以采用已经投放市场的丰富的总线I/O模板，也可以采用由32产品制造商不断推向市场的32总线I/O模板，以及其它与PC兼容的资源，组成工业控制系统。32总线支持热切换和多主系统，满足工业控制冗余设计要求。
　　32总线在保留简单控制总线特点的同时，采用了今天的先进技术设计OEM产品，如80486和Pentium系列处理器技术。Ziatech公司的ZT8902 486DX4-100M 单板计算机（SBC）；ZT8908 SBC，采用Pentium系列和AMD-K6处理器。VersaLogic公司的VL-568-1 SBC，采用AMD 5x86-133M处理器，带有PC/104-Plus扩展总线，允许PC/104或PC/104-Plus模板直接插在板上运行，如高速显示卡等。STD32工控机还可以直接和工业现场总线接口，如SST（Waterloo，Canada）公司的板卡支持Profibus、DeviceNet、ControlNet接口，以及Rockwell Automation（A-B）、Seimens和Modicon等公司产品的网络接口。
　　为了将ISA总线PC机应用在恶劣的工业环境中，1994年由德国SIEMENS公司发起制定了AT96总线欧洲卡标准（IEEE996），并在欧洲得到了推广应用。AT96总线=ISA总线电气规范+96芯针孔连接器（DIN IEC 41612 C）+欧洲卡规范（IEC297/IEEE 1011.1）。AT96总线工控机消除了模板之间的边缘金手指连接，具有抗强震动和冲击能力；其16位数据总线、24位寻址能力、高可靠性和良好的可维护性，更适合在恶劣工业环境中应用。在国特性：
◆32位PCI总线，即插即用
◆高密度隔离数字量I/O卡
◆32路隔离数字量输入与32路隔离数字量输出（PCI-7432）
◆64路隔离数字量输入（PCI-7433）
◆2500 Vrms隔离电压
◆隔离输出通道可提供最大500mA的高驱动电流
◆隔离输入通道可输入最高24V电压
◆两个外部中断源、双中断系统（PCI-7432/33）
◆100-pin SCSI连接器
◆适合任意尺寸机箱的紧凑结构
概述：
它的管脚定义如下表1所示

图4 7432引脚图

管脚
1～8
9～12
13～20
21～24
26～33
34～37
38～43
对应
管脚
H2～H9
GND
H1～H25
GND
H3～H41
GND
H5～H55

管脚
46～49
51～58
59～62
63～70
71～74
76～83
其它
对应
管脚
GND
H1～H17
GND
H2～H33
GND
H4～H49
空
表 1
H2～H55，它的管脚定义如下表2所示

图5 7433引脚图

管脚
1～8
9～12
13～20
21～24
26～33
34～37
38～43
对应
管脚
H2～H9
GND
H1～H25
GND
H3～H41
GND
H5～H55

管脚
46～49
51～58
59～62
63～70
71～74
76～83
其它
对应
管脚
GND
H1～H17
GND
H2～H33
GND
H4～H49
空
它的管脚定义如下表3所示
管脚
1～8
9～12
13～20
21～24
26～33
34～37
38～43
对应
管脚
H2～H9
GND
H1～H25
GND
H3～H41
GND
H5～H55
表 3
4.3硬件电路设计
4.3.1继电器控制电路的设计
继电器是一种电气控制常用的机电元件，可以看作一种由输入参量（如电、磁、光、声等物理量）控制的开关。[6]
电子产品中常用的继电器有以下几种：
1.电磁继电器
2.磁保持继电器
3.高频继电器
4.控制继电器
5.舌簧继电器
6.时间继电器
7.固态继电器
电磁继电器接触点负荷分为：
1.继电器
2.功率继电器
3.中功率继电器
4.大功率继电器

图 6
计算机的指令相当于通过7432的DO开关量输出控制继电器，即继电器控制电路取代手动开关。本设计中用到的是电磁继电器，一共用到23块，可以说是用得比较多的器件。如上图所示为设计中的一块继电器的连接方法。我们用的是NAIS公司的JS1-5V继电器。原先的电磁线圈被现在的电流触发所取代，其中 与VDD接在线圈的两端，即当K13为低电平时，常开点接通。当K13接通后，B11就与POWERJCT导通，即B11端获得了POWERJCT电压。上述图中未说到的第5引脚为常开点，故悬空未用。

图 7 一组开关
在此电路中，B11外接产品，当K13为低电平时，线圈导通，继电器接通，当B11为高电平时，继电器断开。
4.3.2 模拟量采集分压电路设计
9113采集卡的输入阻抗是10MΩ,在此设计中的输入阻抗应远大于输出电阻，同时也要远小于采集卡的输入电阻。我们这里选用的是 100kΩ和300KΩ的电阻，且它们的精密度是1/1000，功率为1/8W.[7]

图 8
如上图所示是七组并联电路，每一组并联电路由300KΩ和100KΩ的电阻串联。电阻串联时，通过各电阻的电流是同一个电流。我们这里就讨论一组并联电路，设外加电压源为U，
U=u1+u2 式中u1，u2分别表示300KΩ和100KΩ的电压。
设流过各电阻的电流为I，则按电阻的电压、电流关系，有u1=R1i，u2=R2i 代入上式，得 U=（R1+R2）I=Reqi，电阻Req称为这些串联电阻的等效电阻。
此设计中的模拟输入电压可表示为: 100U/(100+300) =1U/4。 其中分别U为以下的采集电压。
分压的最大采集电压是30V,最小电压为0V。每一路在不同时刻的电压值有：0V,8.4V,9.8V12.9V,14.3V ,26V,27V,28V,29V,30V。
4.3.3状态指示电路的设计
在本设计中因检测台和产品对接时有多个地线，故采用光藕实现信号的隔离。设计中一共有54路的状态指示灯，而每一个TLP521芯片中有四个光电耦合器，故一共用到十四块TLP521芯片与总电路图中有相似连接，芯片中C17,C18,C20B32,B34连接的是二极管正极，若为高，则导通晶体管两端即VDD与H18、H19、H20和H35端，使其输出为高电平。H18等端口外接PCI-9113数据采集卡进入计算机测量。

图9
在此电路中，因流过二极管的电流需小于50mA，故选用一个1.5KΩ的电阻串联在电路中，其中VDD选用5V电压。
此时流过电阻R1的功率为：
P=U2/R=（28.5-0.7）2/(1.5*103 )=27.82/(1.5*103) ≈515Mw
DI=（5-0.3）V=4.7V

图8

图 10
早期的光电耦合器，其输入边是由氖灯组成的，而输出边是由硫化镉（CdS）光敏电阻所组成。现在的光电耦合器，其输入边是用砷化镓（GaAs）发光二极管组成，而输出边是用硅光敏二极管或硅光敏三极管所组成。这是由于砷化镓发光二极管与其它类型的发光器件相比，具有发光效率高、寿命长、可靠性高等特点。它的发光波长为9400A，这与硅光敏二极管或硅光敏三极管的峰值接收波长是接近的，因此用这两类器件所组成的光藕合器可以有较高的传输效率（即有较高的电流传输比）。又因为GaAs发光二极管是快速光源，硅光敏也具有较高的截止频率，所以用他们组成的光电耦合器，可以在比较高的频率下工作。[8]
TLP521-4的内部性能：
◆十六个管脚的DIP封装形式中包含了四个独立的通道。
◆接收-发射器电压：55V (min)
◆电流转换比率：50% (min)
◆Rank ：GB 100% (min)
◆隔离电压： 2500Vrms (min)

图11 TLP521-4引脚结构（俯视图）

TLP521-4性能如下表：

表 4 TLP521-4额定值

特 征
符号
TLP521-4
单位
LED　
转移电流
IF
50
mA
转移电流降低率
IF/℃
-0.5(Ta≧25℃)
mA/℃
　脉冲转移电流
IFP　
　1(100pps)
　A
反向电压
VR　
5　
V　
　交叉点温度
Tj　
125　
℃　
检波器
接收-发射器电压　
VCEO　
55　
V　
发射-接收器电压
VECO　
7　
V　
　接收器电流
IC　
50　
　mA
　接收器消耗功率(一回路)
PC　
100　
mW
接收器消耗功率降低率
(一回路，Ta≧25℃)　
PC /℃　
-1.0　
　mW/℃
交叉点温度
Tj　　
125　
　℃
　储存温度范围
Tstg　
-55~125　
　℃
　生产温度范围
Topr　
-55~100　
　℃
导线焊接时的温度
Tsol　
　260(10s)
℃　
　所有预装件消耗的功率
PT　
150　
mW　
所有预装件消耗的功率消耗率(Ta≧25℃)　
PT /℃　
-1.5　
　mW/℃　
隔离电压
BVS　
2500(AC,1min.,R.H.≦60)
（注意1）　
　Vrms
（注意1）： 设备允许有两个接地端：LED段同时接地
4.3.4自检电路的设计
根据产品特点需设计自检装置。设计自检装置的目的是验证所设计的自动检测装置的正确性，只有自检正确后才能与产品对接。在自检电路中，采用6个37针的插座。其中手动检测装置中的X12用两个37针，它的1～26针接第一个37针，27～52针接另一个37针。X13也用两个37针，它的1～23针接第一个37针，24～45接另一个37针。X14只用了一个37针。
4.4安装与调试：
1. 确认所设计的印制电路板图无误后,制作印制电路板；
2. 取到印制电路板后,检查电路板；
3. 焊接、安装并检查；
4. 与计算机采集卡连接，采用采集卡自带的运行指令，检查对应继电器动作及状态指示的正确性；
5. 对接自检装置,检验自编单步执行软件，然后检验自编自动检测软件，正确后与产品对接。

5 软件设计
5.1面向对象的软件设计方案
5.1.1 传统的结构化编程方式的弱点
传统的编程方式是面对过程的。在这种编程过程中，数据和代码是相互独立的，编程的主要任务是组织很多函数来对数据进行处理，为了能够更好的对程序进行控制，引进结构化设计思想，即把一个系统分成很多相互独立的模块。这种编程方法有一个明显的弱点：因为整个系统的数据和处理功能是分离的，数据又在程序的整个处理过程中应用，所以当数据改变时，为了适应改变后的数据，需要对程序的很多部分进行修改，这就使程序维护比较困难，对于复杂的系统更加难以维护。[10]
5.1.2 面向对象的编程方法的优点
面向对象的编程方法，比传统方式的结构化编程方法向结构化方面更近了一步。与传统的把程序看作是执行某项特殊任务的一长列指令不同，在创建面向对象的程序时，程序员看到的是编写程序的对象。如要编写一个系统，系统中包含各种元素，对元素能够实现各种操作。如果考虑一个系统所有的功能，不久就会把思路搞乱，但是如果把系统看作是一组独立对象的集合，问题就容易解决得多。如可以把一个系统分成独立的对象，它通过将数据和处理数据的函数封装到一起，并通过函数与外部进行联系，实现系统设计的高度结构化。只要将一个元素作为一个对象，在这个对象中不仅包含了元素的数据结构，而且包含的对元素的各种操作，这样就把这个对象的数据资料和处理功能融合在了一起。
面向对象的编程方法提供了以下优点：
·设计和代码易于重用
·可靠性增大
·易于理解
·抽象性增强
·封装性增强
·信息隐藏性增强
5.2软件设计内容
在本设计中我们用到的是Visual C++语言。
5.2.1 Visual C++的主要优点
◆Visual C++的最大特色就是提供对面向对象技术的支持，它利用类把大部分与用户界面设计有关的Windows API函数封装起来，通过MFC（Microsoft Foundation Class）类库的方式提供给开发人员使用，大大提高了程序代码的重要心性。
◆Visual C++提供一个功能强大的应用程序生成向导——AppWizard,这也是其得意之处。有了AppWizard，用户将不会为创建烦琐的初始化代码而苦恼，AppWizard将帮助MFC类库的用户自动生成一个运行程序框架——一个空的不能做任何事情的应用程序，而用户只需要在该框架的适当部分添加扩充代码就可以得到一个满意的应用程序。
◆Visual C++的另一个强大工具就是ClassWizard。用户通过它能够方便而有效的使用和管理MFC类库。以前，继承和派生一个是一件很麻烦的事，而现在简单了，只需要在ClassWizard中指定一些必要信息，Visual C++将自动为你生成类的框架和代码。
◆Visual C++的功能很强大，用途广泛，不仅可以编写普通的应用程序，还能很好的进行系统软件及通信软件的开发。
◆Visual C++利用“所见即所得”的方式完成程序界面的设计，大大减轻了程序设计人员的劳动强大，提高了开发效率。[11]
5.2.2 面向过程的程序设计和面向对象的程序
面向过程的程序设计和面向对象的程序设计我们知道，传统的结构化语言（如C、Pascal、Basic等）都是采用面向过程的思路来进行程序设计的。在面向过程的程序中，程序被分为一个主模块和若干个子模块，其中各个子模块分别用于处理各个小问题，再由主模块自顶向下地调用各子模块来解决整个问题。
在执行程序时，控制流程从第一行代码开始，顺序向下运行（除了遇到特殊的流程控制语句以外），直到最后一行代码结束。
结构化程序的优点在于时间顺序性强。但它的缺点是致命的，其中最主要的是数据和代码分离。在修改某段程序时，将会导致整个程序中所有相关部分的不协调，因此可维护性很差。此外，在Windows平台充斥PC机操作系统市场时，结构化程序显得不够直观。所以，我们需要一种更好的方法来解决上述问题，这样就引入了面向对象的程序设计。

图 12 结构化程序
面向对象的程序设计最重要的思想就是将数据（称为数据成员）以及处理这些数据的例程（称为成员函数）全部封装到一个类中，类的实例称为变量。在对象中，只有属于该对象的成员函数才能访问 （包括读、写）自己的数据成员，其他函数则不能访问该对象的数据成员，这样就达到了保护数据的作用。[12]

图 13 面向对象的程序设计

通过比较面向过程和面向对象的程序设计，我们不难得到面向对象的程序设计所具有的三个优点：
◆程序的可维护性好。用户可以通过操作类或对象的属性或方法，方便 地进行程序的修改
◆提高了代码的可重用性。用户能够根据需要将已经定义好的类或对象添加到自己的应用程序中去。
◆程序易读性好。用户只需了解类或对象的外部特性，而不必知道它们的内部实现细节。

5.2.3 用Visual C++编辑的界面
电气控制装置（电气控制装置）测试程序界面如图14所示。程序界面左半部分为继电器输出指示，当继电器闭合时，对应的指示开关闭合，当继电器打开时，对应的指示开关打开。程序界面右半部分为指示灯状态指示，当指示灯亮时，对应的指示灯变为红色，当指示灯灭时，对应的指示灯变为绿色。