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R5F117BC單片機(jī)在交流電壓電流檢測的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2018-08-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

近年來隨著消防報(bào)警設(shè)備在各類建筑中的推廣普及,市場上對消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)的需求與日俱增。在一項(xiàng)目中筆者就需要設(shè)計(jì)一種針對消防設(shè)備電源的監(jiān)測設(shè)備,其能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測消防設(shè)備電源的運(yùn)行狀態(tài),判斷消防設(shè)備電源是否出現(xiàn)供電中斷、欠壓、過壓和過流等故障。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201808/385505.htm

工作原理

消防設(shè)備電源來自于電網(wǎng)220V工頻電。常用電壓和電流互感器來實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備電源中單相或三相電源的實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集。交流電源電壓和電流的檢測原理,就是通過電壓互感器和電流互感器將交流電源的高壓高電流轉(zhuǎn)換成可以檢測處理的低電壓。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求,交流電壓檢測范圍為AC200V-AC400V,交流電流檢測范圍為AC0.5A-AC5A。

如圖1所示,電源的交變電壓信號(hào)通過串聯(lián)限流電阻輸入電流型電壓互感器的一次側(cè)繞組,經(jīng)互感器二次側(cè)輸出,輸出匹配電阻將輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),送采樣處理。串聯(lián)電路選用了5個(gè)49.9KΩ電阻,當(dāng)輸入電壓分別為220V時(shí)和380V時(shí),電流分別為0.88mA和1.5mA,滿足互感器2mA的線性變換范圍。

如圖2所示,交流電源的電流信號(hào)直接接入電流互感器一次側(cè)繞組,感應(yīng)電流經(jīng)互感器的二次側(cè)輸出,輸出匹配電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),在經(jīng)過運(yùn)放放大后,送采樣處理。

器件選型

對于三相交流電源,根據(jù)電路的檢測原理,在硬件上需要具有3路ADC和3路運(yùn)算放大器分別實(shí)現(xiàn)電壓和電流的檢測。針對電路需求,筆者選用了瑞薩RL78/I1D系列中的R5F117BC單片機(jī)作為主控制芯片。該芯片內(nèi)部有12路AD轉(zhuǎn)換通道和4路運(yùn)算放大器,在引腳功能上集成在一起(每路運(yùn)放3個(gè)引腳,4路運(yùn)放正好集成12路AD),因此滿足筆者的監(jiān)測電路的設(shè)計(jì)需求。

在電路的管腳分配上,將運(yùn)放amp0集成的3個(gè)AD通道分別用于與三相電源對應(yīng)的三路電壓互感器輸出信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換;將運(yùn)放amp1,amp2,amp3用于三路互感器電流信號(hào)的放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換(芯片內(nèi)部已經(jīng)將運(yùn)放輸出與相應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換通道相連),系統(tǒng)連接如圖3所示。

總結(jié)

瑞薩R5F117BC單片機(jī)內(nèi)部具有豐富的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道和多路運(yùn)算放大器,非常適合需要對多路模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大處理的應(yīng)用場合。其模擬外設(shè)的高度集成性,使用戶省去了外加運(yùn)放和AD轉(zhuǎn)換器的煩惱。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案對整體功耗、線路板尺寸、BOM成本等方面有較高要求時(shí),該芯片是一個(gè)較好的選擇。事實(shí)上,瑞薩RL78/I1D系列中的多款單片機(jī)芯片都是為多路信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的,用戶可以根據(jù)自身需要選擇性價(jià)比適合的單片機(jī)。



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