基于單片機(jī)的高精度交直流電壓測量方案

羅 星

三菱重工金羚空調(diào)有限公司，廣東江門 529040

1 數(shù)字電壓表原理介紹

如圖所示：被測信號經(jīng)分壓電路后，被衰減到±0.2V左右；接著送入輸入保護(hù)及緩沖電路，此部分電路有兩個(gè)作用，一個(gè)是提高輸入阻抗，隔離電路前后級之間的影響，另一個(gè)是輸入過壓保護(hù)，避免輸入電壓過高損壞后級電路；接著由單片機(jī)控制繼電器選擇交流或者直流模式，分別接通交、直流轉(zhuǎn)換電路；接著信號送入信號處理及檔位選擇電路，經(jīng)此部分電路處理后大約為±2.5V左右；接著單片機(jī)控制AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；最后單片機(jī)把轉(zhuǎn)換的結(jié)果，按照給定的算法顯示測量結(jié)果。

2 輸入信號變換電路

輸入變換電路

如上圖所示，由于4051控制電壓范圍為20V以下，所以在此之前，我們首先對輸入電壓進(jìn)行一級分壓，然后對輸入信號分別進(jìn)行四檔衰減，單片機(jī)根據(jù)既定的算法對輸入信號由高檔向低檔位自動(dòng)掃描，如果高檔位采集到的電壓值不在此檔位的測量范圍內(nèi)，系統(tǒng)根據(jù)采集到的電壓值自動(dòng)選擇合適的量程，當(dāng)然我們也可以通過按鍵手動(dòng)控制量程。

3 交流電壓測量電路

在智能供電電壓監(jiān)測儀表中，如何把交流電壓值準(zhǔn)確穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，是衡量儀表好壞的關(guān)鍵。這里我為大家介紹兩種交直流轉(zhuǎn)換方案，一種是使用交直流轉(zhuǎn)換集成芯片AD736，另一種是搭建交直流轉(zhuǎn)換電路。

美國AD公司的AD736是一款非常典型的交直流轉(zhuǎn)換芯片，他可以提供真有效值交流DVM方案，即直接將交流信號的有效值按比例轉(zhuǎn)換成直流信號，在對各種非正弦波信號的測量上，較平均值轉(zhuǎn)換法大大減小了測量誤差。如果使用AD736進(jìn)行真有效值轉(zhuǎn)換時(shí)需要注意以下兩點(diǎn)：

1）輸入電壓應(yīng)在200mv以下，如果超過這個(gè)電壓應(yīng)該分壓處理；

2）精度要求高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮被測電壓的波峰因數(shù)Kp。

AD736轉(zhuǎn)換精度是不錯(cuò)，但價(jià)格也不便宜。下圖介紹了一種以運(yùn)算放大器為核心的交直流轉(zhuǎn)換電路。

這個(gè)電路也能實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換，而且能夠獲得不錯(cuò)的精度。他的輸入電壓范圍也是在200V以下，RF滑動(dòng)變阻器能夠微調(diào)輸出。

4 模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換

A/D轉(zhuǎn)換芯片，我們可以根據(jù)自己的需要，選擇A/D芯片的位數(shù)，下面介紹一種10位串行A/D轉(zhuǎn)換芯片。

TLC1543是美國TI公司生產(chǎn)的一種串行A/D轉(zhuǎn)換器，具有輸入通道多、轉(zhuǎn)換精度高、傳輸速度快，是一種高性價(jià)比的AD轉(zhuǎn)換芯片，TLC1543是CMOS、10位開關(guān)、電容逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，他有三個(gè)輸入端和1個(gè)三態(tài)輸出端，片內(nèi)含有14通道多路選擇器，可以選擇11個(gè)輸入中任何一個(gè)，或3個(gè)內(nèi)部測試電壓中的一個(gè)。

5 結(jié)論

在設(shè)備的安裝、使用、檢測、維修過程中，我們通常要對電壓這個(gè)基本的電參數(shù)進(jìn)行測量，有時(shí)候還需要很高的測量精度。目前能夠高精度測量電壓的儀表，價(jià)格少則上千甚至上萬，當(dāng)然這些儀表功能也都不僅于電壓的測量。本文介紹了一種功能相對單一，基于單片機(jī)的低價(jià)位、自動(dòng)切換量程、高精度電壓測量方案。

[1]楊學(xué)昭，王東云.單片機(jī)原理、接口技術(shù)及應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2009.

[2]任艷玲.基于單片機(jī)的量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓表設(shè)計(jì).電子科技大學(xué)，2006(11).

[3]美國 AD公司.交直流轉(zhuǎn)換芯片AD736中文資料，2005(10).

[4]美國 AD公司.A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC2543中文資料，2005(10).