CN101943714A - 晶闸管的交流信号过零时序精密检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明主要公开了一种晶闸管的交流信号过零时序精密检测方法，步骤为：信号隔离，低通滤波，信号限幅，信号比较，软件滤波。晶闸管的交流信号过零时序精密检测装置，包括变压器、低通滤波器、限幅器、比较器和单片机。变压器作为本装置的入口，输入端连接高压交流信号，输出端连接低通滤波器的输入端。低通滤波器连接限幅器；低通滤波器的输出端连接在比较器的差分输入端口。比较器的输出端与单片机内部寄存器相连。本发明能在恶劣的噪声环境下，准确提取并复现信号的过零时序。同时本发明与单片机结合，结构简单，精度高。

Description

晶闸管的交流信号过零时序精密检测方法及装置

技术领域

本发明涉及晶闸管触发电路的交流信号过零时序检测方法及装置，特别是与一种用在磁疗仪器上的晶闸管的交流信号过零时序精密检测方法及装置有关。

背景技术

电力行业研究表明，交流电网上的各种电器设备通/断电时会产生电磁干扰，并传递到电网上形成各种频率、不同振幅的谐波或杂波，现在，大量电器设备中控制部分需要采用晶闸管器件，而晶闸管的调压是相对于交流信号中的过零信号，如果不能排除杂波的干扰，晶闸管可能因杂波的过零信号而误触发，影响到设备的正常工作，需要设计相关的电路装置来检测交流过零信号，把晶闸管触发所需要的过零信号检测出来，相应排除了杂波的干扰，因此过零信号检测精度关系到晶闸管的控制精度和系统的稳定性。

特别是磁疗仪器需要晶闸管精确触发，如图4所示，磁疗仪器中的磁场是由电流产生的，将晶闸管接入交流电路中(在本设计中使用全波整流，且具有反向并联的两组晶闸管，一组为晶闸管D1和D2，另一组为晶闸管D3和D4)，调整晶闸管的导通角和在对应周期选择导通就可以改变磁场线圈中的电流大小和方向，从而改变磁场的大小和方向，达到治疗人的疾病。然而现实情况是磁疗仪器在电网杂波干扰下，现有的过零检测装置往往不能准确检测正确的过零信号，导致磁疗仪器的晶闸管经常出现一些误触发，最后导致相应周期短路、磁场大小波动和方向的改变等，达不到理想的治疗效果。因此需要对流经磁疗仪器晶闸管的交流信号过零时序检测显得极其重要，检测精度关系到磁疗仪器精度和整个系统的稳定性。

目前常见晶闸管的交流信号过零时序检测装置的都是采用同步变压器或者光电隔离电路得到隔离的交流信号，经过低通滤波电路和比较电路得到过零信号。这些滤波电路对和信号频率接近的干扰没有抑制能力，即使再使用高通滤波电路，由于无功器件的延时，不但不能有效增强接近频率的抑制能力，更是增加额外的延时，增加了误差。

鉴于此，本发明人研制出一种交流信号过零时序精密检测的方法及装置，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶闸管的交流信号过零时序精密检测方法，通过本方法，使得能在恶劣的噪声环境下，准确提取并复现信号的过零时序。

本发明的另一目的在于提供一种晶闸管的交流信号过零时序精密检测装置，与单片机结合，结构简单，精度高。

为了达到上述目的，本发明的解决方案为：

晶闸管的交流信号过零时序精密检测方法，

第一步，信号隔离，将高压交流信号转变为同频同相的低压交流信号；

第二步，低通滤波，将第一步所得信号经低通滤波器滤除高频干扰；

第三步，信号限幅，信号送入限幅器，使输出信号限制在下一步比较器的输入电压范围之内；

第四步，信号比较，经过比较器得到确定的输出电平，便于同数字电路接口，得到过零信号，作为单片机定时中断输入信号；

第五步，软件滤波，单片机得到中断信号后，单片机中的定时器捕捉中断事件的发生时间，并将中断发生时间按先后顺序储存在二维数组a[m][n]中，m代表采样的中断时间的先后顺序；通过软件程序计算出每个中断发生时间与已知频率的相关度，储存在二维数组a[m][1]中；通过判断相关度得到信号过零的发生时间，输出过零脉冲。

所述的第三步中，比较器输入电压在±0.7V以内。

所述的第五步中，对中断信号进行三次采样，防止干扰和误触发。

晶闸管的交流信号过零时序精密检测装置，包括变压器、低通滤波器、限幅器、比较器和单片机；变压器作为本装置的入口，输入端连接高压交流信号，输出端连接低通滤波器的输入端；低通滤波器连接限幅器；低通滤波器的输出端连接在比较器的差分输入端口；比较器的输出端与单片机内部寄存器相连。

所述的比较器集成在单片机内部。

所述的单片机具有复位电路。

采用上述方案后，用单片机来控制过零时序脉冲的产生，单片机工作稳定性好，精确度高，适合在高要求的环境下工作，使得交流信号过零时序精密检测的抗干扰能力强。另外，单片机的过零信号进行三次采样，只有三次电平相同时才发生中断，可以更好的防止干扰和误触发。

附图说明

图1是本发明较佳实施例的电路图；

图2是本发明较佳实施例的功能模块图；

图3是本发明中断程序的流程图；

图4是磁疗仪器的全波整流示意图。

具体实施方式

结合图1和图2，本发明包括变压器1、低通滤波器2、限幅器3和单片机4。本实施例中的比较器集成在单片机4的内部，单片机4的端口PD6和端口PD7即为比较器的差分输入端口。

当然，比较器也可以不集成于单片机4内部，此类设计都在本发明的保护范畴。

变压器1主要起到信号隔离的作用，将变压线圈T1初级线圈高压交流信号，转变为次级线圈上的同频同相的低压交流信号。这里，也可以使用光电隔离器代替变压器T1，此类设计也在发明的保护范畴。

低通滤波器2由电阻R1、R2和电容C3组成，参见图1。电阻R1、R2的一端分别连接变压器1次级线圈的两个端头，电阻R1、R2的另一端跨接电容C3。信号从变压器1输出后，经低通滤波器2滤除高频干扰。

限幅器3由两个二极管D1和D3并联在电容C3上，且二极管D1和D3连接极性相反。这样信号经过限幅器3，信号的正负极电压分别受到二极管D1和D3的限制，使得到的输出信号限制在±0.7V以内。之所以要选择±0.7V以内，是受到集成在单片机4内的比较器5的输入电压范围的限制。

单片机4主要包括芯片IC1和外围电路。外围电路包括晶振Y1和电容C3、C4构成的晶振电路6，以及二极管D2、电阻R3和电容C1构成的复位电路7。

限幅器3的输出信号送入单片机4比较器的差分输入端口，端口PD6和端口PD7，信号经过比较器比较，得到过零信号。此过零信号作为单片机4内部定时器的外部中断输入信号。为了防止干扰和误触发，单片机4对单片机的过零信号进行三次采样，只有三次电平相同时才发生中断并启动中断程序，进行软件滤波。参见图3的中断程序流程图。

本实施例中采用的软件滤波方法为其中一种较佳方式，考虑到单片机的计算能力不强，这里采取了简单实用的相关度算法，下面结合图3做详细阐述。

首先预置计算相关度的中断事件为10次，每次中断事件储存在一个二维数组a[m][n]中。二维数组a[m][0]中储存中断事件的时间，二维数组a[m][1]中储存中断事件的相关度，m代表发生中断事件的时间先后顺序。

每次中断发生后数据移位规则为，舍弃a[9][n]，然后将a[8][n]对应数据移入a[9][n]，a[7][n]对应数据移入a[6][n]等等，最后将本次中断的数据移入a[0][n]中，即本次中断时间移入a[0][0]中，本次中断相关度a[0][1]计算前预置为0。

本次中断的数据，结合已知频率，推算出之前9次中断应该发生的合理时间，对应储存在b[0]，b[1]，b[2]…b[8]中。

接着将a[k][0]与b[h]进行依次做比较，假如相同，则相关度a[k][0]+＝1；假如不同，则判断(h+＝1)＞9的情况。当(h+＝1)＞9成立，则跳过a[k][0]+＝1，当(h+＝1)＞9不成立，则返回再a[k][0]与b[h]进行依次做比较。

然后再判断k是否大于9，大于9则说明相关度计算完毕，结束中断程序，返回。小于等于9则说明相关度计算未完，再将a[k][0]与b[h]进行比较。

最后查找a[m][1]中的相关度最大值对应的m值，用该次对应的中断事件的时间作为本次脉冲输出时刻，得到一个过零时序脉冲。此后依次循环往复。

当然，本实施例中为了相关度的算的更加精确，预置的中断事件还可设为更大的数值，不局限于10次。

本发明不但能得到精确的过零时序脉冲，防止磁疗仪器的晶闸管经常出现的一些误触发，还能提高磁疗仪器的精度和整个系统的稳定性，使得磁疗仪器达到理想的治疗效果。

Claims (6)

1.晶闸管的交流信号过零时序精密检测方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，信号隔离，将高压交流信号转变为同频同相的低压交流信号；

第二步，低通滤波，将第一步所得信号经低通滤波器滤除高频干扰；

第三步，信号限幅，信号送入限幅器，使输出信号限制在下一步比较器的输入电压范围之内；

第四步，信号比较，经过比较器得到确定的输出电平，便于同数字电路接口，得到过零信号，作为单片机定时中断输入信号；

第五步，软件滤波，单片机得到中断信号后，单片机中的定时器捕捉中断事件的发生时间，并将中断发生时间按先后顺序储存在二维数组a[m][0]中，m代表采样的中断时间的先后顺序；通过软件程序计算出每个中断发生时间与已知频率的相关度，储存在二维数组a[m][1]中；判断相关度得到信号过零的发生时间，输出过零脉冲。

2.如权利要求1所述的晶闸管的交流信号过零时序精密检测方法，其特征在于：所述第三步中的比较器输入电压在±0.7V以内。

3.如权利要求1所述的晶闸管的交流信号过零时序精密检测方法，其特征在于：所述的第五步中，对中断信号进行三次采样，防止干扰和误触发。

4.晶闸管的交流信号过零时序精密检测装置，其特征在于：包括变压器、低通滤波器、限幅器、比较器和单片机；变压器作为本装置的入口，输入端连接高压交流信号，输出端连接低通滤波器的输入端；低通滤波器连接限幅器；低通滤波器的输出端连接在比较器的差分输入端口；比较器的输出端与单片机内部寄存器相连。

5.如权利要求4所述晶闸管的交流信号过零时序精密检测装置，其特征在于：所述的比较器集成在单片机内部。

6.如权利要求4所述晶闸管的交流信号过零时序精密检测装置，其特征在于：所述的单片机具有复位电路。

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