一種智能脫扣器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
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3 多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)
設(shè)計(jì)中，需要對(duì)3 路電壓、4 路電流總共7 路信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采樣信號(hào)送入LPC 2294 A/D口。若占用微控制器7 個(gè)A/D 口，會(huì)造成資源的浪費(fèi)。因此，應(yīng)用多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，使得多路輸入模擬量經(jīng)過(guò)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的切換，共用1 個(gè)A/D口。多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路如圖8 所示。其中，第11、10、9 管腳分別接LPC 2294 的I /O 口，利用I /O口不同的輸出信號(hào)選通輸入模擬量;13、14、15腳，12、1、5、2 腳分別為3 路電壓、4 路電流的輸入。
多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路
圖8 多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路
4 鎖相環(huán)部分
電力系統(tǒng)的信號(hào)頻率在50 Hz 附近波動(dòng)，若采用定時(shí)采樣，使得采樣頻率保持恒定，電網(wǎng)頻率一旦發(fā)生波動(dòng)，就不能保證采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效。
而動(dòng)態(tài)采樣可以實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)頻率，根據(jù)頻率變化自行調(diào)整采樣頻率，尋找到精確的相位，確定采樣點(diǎn)。本設(shè)計(jì)利用鎖相環(huán)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)采樣、跟蹤電網(wǎng)頻率。倍頻電路倍頻電網(wǎng)頻率后，將信號(hào)送入智能斷路器的微控制器LPC 2294 的外部中斷引腳來(lái)停止、起動(dòng)采樣，嚴(yán)格保證了采樣數(shù)據(jù)的正確。
CD 4046 是通用的CMOS 鎖相環(huán)集成電路，其電源電壓范圍寬，輸入阻抗高，動(dòng)態(tài)功耗小，屬于微功耗器件。因此，本設(shè)計(jì)應(yīng)用CD 4046 構(gòu)成鎖相倍頻電路。CD 4046 輸入端需方波信號(hào)，利用鎖相環(huán)前期整形電路，將交流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ吞?hào);然后利用低通濾波器所構(gòu)成的完整鎖相環(huán)電路完成頻率跟蹤。74LS 393 雙四位異步清零的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成分頻器，將其級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)64 倍頻。另外，鎖相環(huán)電路外接發(fā)光二極管，通過(guò)發(fā)光二極管可以很方便的看出環(huán)路入鎖失鎖狀態(tài)。鎖相環(huán)芯片工作原理圖如圖9 所示，鎖相環(huán)鎖相倍頻電路如圖10 所示。圖11( a)、圖11( b)、圖11(c)分別為實(shí)際降壓后電網(wǎng)信號(hào)，輸入鎖相環(huán)信號(hào)，鎖相環(huán)鎖相倍頻后信號(hào)在示波器顯示圖像。
鎖相環(huán)芯片工作原理圖
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/195128.htm
圖9 鎖相環(huán)芯片工作原理圖。
實(shí)際降壓后電網(wǎng)、輸入鎖相環(huán)、鎖相環(huán)鎖相倍頻后信號(hào)的示波圖形
圖11 實(shí)際降壓后電網(wǎng)、輸入鎖相環(huán)、鎖相環(huán)鎖相倍頻后信號(hào)的示波圖形。
5 結(jié)語(yǔ)
本設(shè)計(jì)完成了電網(wǎng)信號(hào)采集，將電流采樣環(huán)節(jié)的3 路信號(hào)、電壓采樣環(huán)節(jié)3 路信號(hào)以及剩余電流采樣環(huán)節(jié)信號(hào)送入多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，利用多路裝換開(kāi)關(guān)對(duì)采樣信號(hào)選通，最后送入微控制器LPC 2294;同時(shí)，應(yīng)用鎖相集成芯片CD 4046 鎖相倍頻輸入信號(hào)，倍頻后信號(hào)作用于微控制器中斷引腳產(chǎn)生中斷，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)實(shí)時(shí)采樣。基于ARM 智能斷路器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有高速度、高精度的特點(diǎn)，且適用于智能斷路器此類(lèi)要求高速、高精的各種智能儀器的采樣中。
評(píng)論