CN108037348A - 单相交流电过零检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单相交流电过零检测方法，当波形从正半周转换时,经过零位时,通过过零检测采样法或者多次采样取峰值法来检测100HZ及50HZ脉动波形,通过微控芯片判断,检测电压零点。本发明的有益效果是:用微控芯片判断作出过零检测采样法或者多次采样取峰值法来检测100HZ及50HZ脉动波形,达到检测出电压零点时刻，并提供给微控芯片过零脉冲信号，能精准有效的检测计算出脉动直流信号过零点电压，从而达到控制系统调节电机的功率，转速或频率目的，电压误差小，同步可靠性高，精准，安全。

Description

单相交流电过零检测方法

技术领域

本发明涉及检测方法，尤其涉及一种单相交流电过零检测方法。

背景技术

目前，单相交流电过零检测电路大都从两相线（L或N）通过电阻分压，当波形从正半周向负半周转换时，经过零位时，取出一个脉动信号电压。

采用单相交流电过零检测电路从两相线（L或N）通过电阻分压来实现的方法，其电路单一，检测脉动信号电压误差较大，同步可靠性差，存在过零点超前的敝端,效果也很不理想，电控系统及变频控制系统电机转速及频率无法保障。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种单相交流电过零检测方法。

本发明提供了一种单相交流电过零检测方法，当波形从正半周转换时,经过零位时,通过过零检测采样法或者多次采样取峰值法来检测100HZ及50HZ脉动波形,通过微控芯片判断,检测电压零点。

作为本发明的进一步改进，过零检测采样法包括以下步骤：

101.微控芯片初始化，包括微控芯片系统时钟初始化、AD采样初始化、定时器初始化、外部中断初始化、数据缓存器初始化；

102.过零波形脉宽测量，将微控芯片IO口设为输入脉冲捕获模式，可通过微控芯片测量出过零波形高电平时间t，得到交流电压峰值采样点和过零采样延时时间1/2t；

103.过零点检测，将过零波形脉宽捕获的IO口，设置为外部上升沿触发中断模式；当过零波形处在上升沿时，为交流电压刚过零点，在过零波形上升时开始等待 过零采样延时时间1/2t,再进行交流电压采样；

104.外部中断服务函数，在过零波形产生上升延时，开始触发执行，函数主要功能是：将“开始采样标志位”设为1；

105.交流电压采样，若“开始采样标志位”为1，则等待过零采样延时时间1/2t后进行交流电压采样；

106.采样数据处理，若已经完成若干组交流电压采样，则求平均，得到峰值电压，否则继续采样；

107.计算交流电压有效值，由于AD采样到的为交流峰值电压，故将峰值乘以根号2得有效值。

作为本发明的进一步改进，多次采样取峰值法包括以下步骤：

201.微控制芯片初始化，包括：微控芯片系统时钟初始化、AD采样初始化、定时器初始化、中断初始化、数据缓存器初始化；

202.定时器设置；

203.交流电压采样，判断定时器是否溢出，若溢出则会产生定时器中断并设置定时器溢出标志位，若溢出标志位为1则进行交流电压采样，并清除定时器溢出标志位，否则继续等待定时器溢出；

204.判断最大值，将采集到的AD值和保存最大值的变量“ADValueMax”进行比较，若采集到的值大于“ADValueMax”，将采集到的值存入“ADValueMax”；

205.判断采集次数，判断采集次数是否达到预设值，若达到预设值则将“ADValueMax”存入数组，并清除“ADValueMax”和采集次数；

206.判断采集数据组，数据组数达到若干组，则取平均得峰值AD值，并清空数组。否则继续采样；

207.计算交流电压有效值，由于AD采样到的为交流峰值电压AD值，根据分压电阻关系可将AD值换算成峰值电压，故将峰值乘以根号2得有效值。

作为本发明的进一步改进，步骤202.定时器设置包括将定时时间，设置为50us溢出1次，即每80us进行一次AD采样，50HZ交流电1个周期为20ms，故20ms/80us=250，每一个周期可以采样250次。

作为本发明的进一步改进，步骤203.交流电压采样包括判断定时器是否溢出，若计时到50us定时器溢出则会产生定时器中断并设置定时器溢出标志位，若溢出标志位为1则进行交流电压采样，并清除定时器溢出标志位，否则继续等待定时器溢出。

作为本发明的进一步改进，步骤判断采集次数包括判断采集次数是否达到250次，若达到250次则将“ADValueMax”存入数组，并清除“ADValueMax”和采集次数。

本发明的有益效果是：通过上述方案，用微控芯片判断作出过零检测采样法或者多次采样取峰值法来检测100HZ及50HZ脉动波形,达到检测出电压零点时刻，并提供给微控芯片过零脉冲信号，能精准有效的检测计算出脉动直流信号过零点电压，从而达到控制系统调节电机的功率，转速或频率目的，电压误差小，同步可靠性高，精准，安全。

附图说明

图1是本发明一种单相交流电过零检测方法中过零检测采样法的波形图。

图2是本发明一种单相交流电过零检测方法中过零检测采样法的流程图。

图3是本发明一种单相交流电过零检测方法中多次采样取峰值法的波形图。

图4是本发明一种单相交流电过零检测方法中多次采样取峰值法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种单相交流电过零检测方法，当波形从从正半周转换时,经过零位时,系统作出过零检测采样法或者多次采样取峰值法来检测100HZ及50HZ脉动波形,通过微控芯片（单片机）判断,检测电压零点。在脉动信号电压半个周期或一个周期里,再通过延时输出相应所占周期比例的电压,每个周期里电压的有效值大小就会变化,电压变化了,加在负载(如PG电机)上的功率,,转速,频率就会变化,从而达到控制系统调节电机的功率，转速或频率目的。

实施例1

如图1所示，采用过零检测采样法来检测100HZ及50HZ脉动波形，正弦交流电，经过全波整流后，输出的全波整流波形通过电阻分压接到单片机AD采样口、同时将全波整流波形接到过零检测电路。过零检测电路输出的过零波形接入到单片机IO口，软件设置该IO口为脉宽捕获模式，将过零波形的脉宽长度捕获，如图1所示。过零后在其脉宽长度的1/2t位置对交流电压采样，此时采集到的AD值为峰值电压的AD值。经过多次采样，取平均得到峰值电压。

如图1至图2所示，采用过零检测采样法的步骤如下：

101.微控制芯片（单片机）初始化：

包括：单片机系统时钟初始化、AD采样初始化、定时器初始化、外部中断初始化、数据缓存器初始化。

102.过零波形脉宽测量：

将单片机IO口设为输入脉冲捕获模式，可通过单片机测量出过零波形高电平的长度（t）。根据图1可知，1/2t处为交流电压峰值采样点。

103.过零点检测：

将过零波形脉宽捕获的IO口，设置为外部上升沿触发中断模式。根据图1可知，当过零波形处在上升沿时，为交流电压刚过零点。在过零波形上升时开始等待 1/2t 再进行交流电压采样。

104.外部中断服务函数：

在过零波形产生上升延时，开始触发执行。函数主要功能是：将“开始采样标志位”设为1

105.交流电压采样：

若“开始采样标志位”为1，则等待 1/2t 后进行交流电压采样

106.采样数据处理

若已经完成6组交流电压采样，则求平均，得到峰值电压。否则继续采样。

107.计算交流电压有效值：

由于AD采样到的为交流峰值电压，故将峰值乘以√2（根号2）得有效值。

实施例2

如图3所示，采用多次采样取峰值法来检测100HZ及50HZ脉动波形，50HZ的正弦交流电压，经半波整流后，输出的半波整流波形通过高精度分压电阻，接入AD采样口。以采样率大于100HZ进行交流电压采样,即采样大于200次，比较出其中最大的值(该值为峰值)保存起来，一共存储6最大值，然后求平均得峰值。

如图3至图4所示，采用多次采样取峰值法的步骤如下：

201.微控制芯片（单片机）初始化：

包括：单片机系统时钟初始化、AD采样初始化、定时器初始化、中断初始化、数据缓存器初始化。

202.定时器设置：

将定时时间，设置为50us溢出1次。即每80us进行一次AD采样，50HZ交流电1个周期为20ms。故20ms/80us=250，每一个周期可以采样250次。

203.交流电压采样：

判断定时器是否溢出，若计时到50us定时器溢出则会产生定时器中断并设置定时器溢出标志位，若溢出标志位为1则进行交流电压采样，并清除定时器溢出标志位。否则继续等待定时器溢出。

204.判断最大值：

将采集到的AD值和保存最大值的变量“ADValueMax”进行比较，若采集到的值大于“ADValueMax”，将采集到的值存入“ADValueMax”。

205.判断采集次数：

判断采集次数是否达到250次，若达到250次则将“ADValueMax”存入数组，并清除“ADValueMax”和采集次数。

206.判断采集数据组：

数据组数达到6组，则取平均得峰值AD值，并清空数组。否则继续采样。

207.计算交流电压有效值：

由于AD采样到的为交流峰值电压AD值，根据分压电阻关系可将AD值换算成峰值电压，故将峰值乘以√2（根号）得有效值。

如图3所示，根据采样定律，在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时（fs.max>2fmax），采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息。即：当检测交流电压频率为50HZ时，AD采样频率应大于100HZ（采样次数大于200次）。

本发明提供的一种单相交流电过零检测方法，用微控芯片判断作出过零检测采样法或者多次采样取峰值法来检测100HZ及50HZ脉动波形,达到检测出电压零点时刻，并提供给微控芯片过零脉冲信号，能精准有效的检测计算出脉动直流信号过零点电压，从而达到控制系统调节电机的功率，转速或频率目的，电压误差小，同步可靠性高，精准，安全。

本发明提供的一种单相交流电过零检测方法，适用于PG无级调速电机的电控系统或变频控制系统调节电机的转速或频率设备。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种单相交流电过零检测方法，其特征在于：当波形从正半周转换时,经过零位时,通过过零检测采样法或者多次采样取峰值法来检测100HZ及50HZ脉动波形,通过微控芯片判断,检测电压零点。

2.根据权利要求1所述的单相交流电过零检测方法，其特征在于，过零检测采样法包括以下步骤：

101.微控芯片初始化，包括微控芯片系统时钟初始化、AD采样初始化、定时器初始化、外部中断初始化、数据缓存器初始化；

102.过零波形脉宽测量，将微控芯片IO口设为输入脉冲捕获模式，可通过微控芯片测量出过零波形高电平时间t，得到交流电压峰值采样点和过零采样延时时间1/2t；

103.过零点检测，将过零波形脉宽捕获的IO口，设置为外部上升沿触发中断模式；当过零波形处在上升沿时，为交流电压刚过零点，在过零波形上升时开始等待过零采样延时时间1/2t,再进行交流电压采样；

104.外部中断服务函数，在过零波形产生上升延时，开始触发执行，函数主要功能是：将“开始采样标志位”设为1；

105.交流电压采样，若“开始采样标志位”为1，则等待过零采样延时时间1/2t后进行交流电压采样；

106.采样数据处理，若已经完成若干组交流电压采样，则求平均，得到峰值电压，否则继续采样；

107.计算交流电压有效值，由于AD采样到的为交流峰值电压，故将峰值乘以根号2得有效值。

3.根据权利要求1所述的单相交流电过零检测方法，其特征在于，多次采样取峰值法包括以下步骤：

201.微控制芯片初始化，包括：微控芯片系统时钟初始化、AD采样初始化、定时器初始化、中断初始化、数据缓存器初始化；

202.定时器设置；

203.交流电压采样，判断定时器是否溢出，若溢出则会产生定时器中断并设置定时器溢出标志位，若溢出标志位为1则进行交流电压采样，并清除定时器溢出标志位，否则继续等待定时器溢出；

204.判断最大值，将采集到的AD值和保存最大值的变量“ADValueMax”进行比较，若采集到的值大于“ADValueMax”，将采集到的值存入“ADValueMax”；

205.判断采集次数，判断采集次数是否达到预设值，若达到预设值则将“ADValueMax”存入数组，并清除“ADValueMax”和采集次数；

206.判断采集数据组，数据组数达到若干组，则取平均得峰值AD值，并清空数组，否则继续采样；

207.计算交流电压有效值，由于AD采样到的为交流峰值电压AD值，根据分压电阻关系可将AD值换算成峰值电压，故将峰值乘以根号2得有效值。

4.根据权利要求3所述的单相交流电过零检测方法，其特征在于：步骤202.定时器设置包括将定时时间，设置为50us溢出1次，即每80us进行一次AD采样，50HZ交流电1个周期为20ms，故20ms/80us=250，每一个周期可以采样250次。

5.根据权利要求4所述的单相交流电过零检测方法，其特征在于：步骤203.交流电压采样包括判断定时器是否溢出，若计时到50us定时器溢出则会产生定时器中断并设置定时器溢出标志位，若溢出标志位为1则进行交流电压采样，并清除定时器溢出标志位，否则继续等待定时器溢出。

6.根据权利要求5所述的单相交流电过零检测方法，其特征在于：步骤判断采集次数包括判断采集次数是否达到250次，若达到250次则将“ADValueMax”存入数组，并清除“ADValueMax”和采集次数。