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一种智能脱扣器数据采集系统硬件设计

作者:时间:2011-01-20来源:网络收藏


3 多路转换开关

设计中,需要对3 路电压、4 路电流总共7 路信号进行采样,并将采样信号送入LPC 2294 A/D口。若占用微控制器7 个A/D 口,会造成资源的浪费。因此,应用多路转换开关,使得多路输入模拟量经过多路转换开关的切换,共用1 个A/D口。多路转换开关电路如图8 所示。其中,第11、10、9 管脚分别接LPC 2294 的I /O 口,利用I /O口不同的输出信号选通输入模拟量;13、14、15脚,12、1、5、2 脚分别为3 路电压、4 路电流的输入。

多路转换开关电路
多路转换开关电路
图8 多路转换开关电路

4 锁相环部分

电力系统的信号频率在50 Hz 附近波动,若采用定时采样,使得采样频率保持恒定,电网频率一旦发生波动,就不能保证采样数据的准确有效。

而动态采样可以实时跟踪电网频率,根据频率变化自行调整采样频率,寻找到精确的相位,确定采样点。本设计利用锁相环,实现动态采样、跟踪电网频率。倍频电路倍频电网频率后,将信号送入智能断路器的微控制器LPC 2294 的外部中断引脚来停止、起动采样,严格保证了采样数据的正确。

CD 4046 是通用的CMOS 锁相环集成电路,其电源电压范围宽,输入阻抗高,动态功耗小,属于微功耗器件。因此,本设计应用CD 4046 构成锁相倍频电路。CD 4046 输入端需方波信号,利用锁相环前期整形电路,将交流信号转变为方波型号;然后利用低通滤波器所构成的完整锁相环电路完成频率跟踪。74LS 393 双四位异步清零的二进制计数器构成分频器,将其级联实现64 倍频。另外,锁相环电路外接发光二极管,通过发光二极管可以很方便的看出环路入锁失锁状态。锁相环芯片工作原理图如图9 所示,锁相环锁相倍频电路如图10 所示。图11( a)、图11( b)、图11(c)分别为实际降压后电网信号,输入锁相环信号,锁相环锁相倍频后信号在示波器显示图像。

锁相环芯片工作原理图

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/195128.htm

锁相环芯片工作原理图

图9 锁相环芯片工作原理图。

锁相环锁相倍频电路



实际降压后电网、输入锁相环、锁相环锁相倍频后信号的示波图形
实际降压后电网、输入锁相环、锁相环锁相倍频后信号的示波图形
图11 实际降压后电网、输入锁相环、锁相环锁相倍频后信号的示波图形。

5 结语

本设计完成了电网信号采集,将电流采样环节的3 路信号、电压采样环节3 路信号以及剩余电流采样环节信号送入多路转换开关,利用多路装换开关对采样信号选通,最后送入微控制器LPC 2294;同时,应用锁相集成芯片CD 4046 锁相倍频输入信号,倍频后信号作用于微控制器中断引脚产生中断,以此来实现对信号实时采样。基于ARM 智能断路器具有高速度、高精度的特点,且适用于智能断路器此类要求高速、高精的各种智能仪器的采样中。


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