发布时间 : 星期五 文章电力系统电压信号测量系统设计更新完毕开始阅读c078edf0ba0d4a7302763a9b
在对采集的电压电流进行计算时会带来很大的误差。通常用于消除有叠加在被测参量信号上的“尖峰”。有源滤波器的电路中一定包含有源器件，在作为信号滤波要求的情况下，可以有不同的设计。正确选择电路中的无源元件的参数，在满足滤波要求的情况下，可以使输出电压的幅值和相位与输入电压基本相同。在本系统调理电路中，我们采用的是一种较为简单的一阶低通有源滤波器。在运算放大器为理想器件时，如图4-2所示电路的传递函数为：
1UOUTUINR20R11R20C4S?1R11C9R20
?????CR11S??C （4-1）
式中，fc率特性
?1(R15C)，称为截止频率。用j?代替上式中的S，得到该电路的频
UOUTUIN??R201R111?j?R20C9??R201ffcR111?j （4-2）
1其中截止频率fc?1(2?R20C9)，本电路中fc?2??1.5?0.0022?500HZ。
有效的滤去了高倍谐波的干扰。放大倍数在由于，电流变送器的合适选取，得到变换后的电压信号正常情况下为+3.3V。虽然此电压信号在AD芯片输入范围
内，为方便处理，我们将每一相的信号（零序除外）转化为+5V范围内，这里选取的放大倍数为R20：R11=3：2。电路由电压互感器及高性能运放组成，电压互感器隔离了电网上的各种干扰，对内部电路起保护作用，高性能的运放保证电压取样信号稳定、低噪声、低漂移。
图4-2 电压输入回路
电流输入回路如图4-3所示，此电路由电流互感器及高稳定度的电阻和高性能运放组成，将电流信号变为与输入电流信号或正比的电压信号输出。电流输入信号电路以及信号调理电路与上面的电压环节的电路不同的是多了一个电流/电压变换电路。因为电流互感器二次侧输出的总是电流，但是A/D转换器的模拟输入端只接受允许幅值的电压，在使用电流输出的变压器或电流互感器作为现场参量的信号变换时，必须巾帼电流/电压变换电路将电流变换成与电流成比例的电
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压。这里我们采用的是最为简单的用无源电阻元件，变送器输出电流iIN直接流过电阻R，输出的电压两端的电压，uOUT?iIN?R。在本电路中由于我们恰当选取了变比为2000：1的电流变送器，选取了1K的电阻，可直接叫电流信号转化为+10V的电压信号，由此电路中的放大倍数选为1，无须放大。后面的电压调理电路上面的完全相同。
图4-3 电流输入回路
信号输入以及调理电路的硬件选取，简单介绍如下： 1.AD OP-07运算放大器
电路中采用了AD公司生产的一种高精度运算放大器芯片ADOP-07。它具有极低的失调电压、偏置电流和温漂系数，长期稳定性能指标为0.2——0.5uV/每月。AD OP—07具有较高的共模输入范围（+14V），共模抑制比（CMRR=120-126DB）。他的供电范围较宽（+3—+18V），适用于各种信号调理电路。
2.PCB直焊式的电压、电流互感器
为简化设计，我们采用的是PCB直焊式、一次电流穿心内置式继电保护电流、电压互感器。具体参数见详细手册。
4.3.2 A/D转换
在智能化测量仪器中，为了能够实现对外界模拟信号的测量，必须要采用数据采集系统将信号送入仪表之中。数据采集系统是外部信号进入仪表内部的必经之路。多路数据采集电路包括多路模拟开关、采样/保持器、A/D转换器。模拟开关将多路被测模拟信号轮流送入采样/保持器，采样/保持器的作用是为了给A/D转换器提供一个稳定的输入信号以满足A/D转换器的动态特性。为了简化电路的硬件结构，本设计采用模数转换器TLC2543。
1.TLC2543芯片
TLC2543是一种12位开关电容逐次逼近式模数转换器，带有SPI（Serial Peripheral Interface）接口。它消除了以往许多AD芯片并行输出，连线复杂的特点，并在AD转换结果串行输出的同时，可以串行输入下次AD转换位的控制字。该芯片提供的最大采样速率为66ksps，供电电流仅需1mA（典型值）。TLC2543
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的内部结构框图如图4-4所示。它有3个输入控制端：片选（CS），I/O时钟（I/O CLOCK）以及数据输入端(Data Input),同时还可以通过串行的三态输出端与主处理器及其外围串行口进行通讯，以输出转换结果。除了高速的转换功能和通用的控制能力外TLC2543的片内还具有14通道多路器，可以选择11个模拟输入通道（AIN0—AIN10）或三个自测电压（self-test）中的一个。转换结束时，EOC输出变高，指示转换完成。编程器件的DATA INPUT管脚串行输入的8位数据通道/方式控制字节的高4位，可以选择11个模拟通道的任何一个。也可校正或其他用途。通道/方式控制字节的低4位用于选择输出数据的长度（8、12或16位）、输出数据的顺序（以MSB开始或以LSB开始）和是否需要单极性（二进制）或双极性（二进制补码）格式。
图4-4 TLC2543的内部结构框图
2. TLC2543的接口电路
TLC2543有十一路模拟输入通道，它将多路开关、采样保持12位A/D转换，基准电源，内部时钟等集成于一个芯片内，大大提高了可靠性，此部分电路将信号输入电路传来的信号进行 A/D 变换，将模拟输入量变成数字量，送给CPU进行处理。系统的采样时间间隔为1/600s。采样时，在1个信号周期内对一相电压、电流等时间间隔准确采样12点，并把结果送入片外数据存储器相应的存储页内。三相全采样完毕后，对采到的数据进行数字滤波，计算有效值。TLC2543和STC89C52微处理器的接口电路如图4-5所示。TLC2543的I/O时钟、数据输入、片选CS由并行双向I/O口1的管脚P1.0、P1.1、P1.3提供。TLC2543的转换结果数据通过口1的P1.2脚接收。通道选择和方式数据通过口3输入到微处理器。
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图4-5 TLC2543的接口电路
4.4 LCD显示电路
随着大量电子仪器、设备的多功能化、智能化，并且普遍采用人机交互方式，需要能够显示更为丰富的信息和通用性较强的显示器，而点阵式 LCD 显示器能够满足这一要求，同时采用大规模专用集成电路作为点阵LCD控制驱动，使用者仅仅直接送入数据和指令就可以实现所需的显示。这种由LCD板、PCB 板、控制驱动电路所组成的单元叫做字符型点阵液晶显示模块。这种字符型点阵液晶显示模块具有重量轻、体积小、功耗低、指令功能强、接口简单方便、工作温度范围宽和可靠性高等特点。字符型点阵液晶显示模块具有重量轻、体积小、功耗低、指令功能强、接口简单方便、工作温度范围宽和可靠性高等特点。所以本设计选用JM12864M-2汉字图形点阵液晶显示模块。
4.4.1 LCD显示模块的简介
1．JM12864M-2的主要特性
JM12864M-2汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。它的主要技术参数和显示特性如下：
（1）电源：VDD +3.3V～+5V(内置升压电路，无需负压)；
（2）显示内容：128列× 64行； （3）显示颜色：黄绿； （4）显示角度：6：00钟直视； （5）LCD类型：STN；
（6）与MCU接口：8位或4位并行/3位串行；
（7）配置LED背光；
（8）多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等； （9）逻辑工作电压(VDD)：4.5～5.5V；
（10）电源地(GND)：0V； （11）工作温度(Ta)：-10℃ ～60℃(常温) / -20℃～70℃（宽温）。 2. JM12864M-2的管脚功能
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