CN205317850U - 基于单片机内部ad实现交流采样的装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于单片机内部AD实现交流采样的装置，包括AD参考电源VREF产生电路和采集电路，AD参考电源VREF产生电路中，系统电源VDD与分压支路连接，分压支路的输出端与电压跟随器的正极输入端连接，电压跟随器的输出端与负极输入端连接，电压跟随器的输出端为AD参考电源VREF；采集电路中，交流采样信号端分别与衰减取样电阻R1一端和隔离电容C1的一端连接，衰减取样电阻R1的另一端接地，隔离电容C1的另一端与输入电阻R2的一端连接，AD参考电源VREF与参考电阻R3的一端连接，输入电阻R2的另一端与参考电阻R3的另一端连接后与采样输出端连接。本实用新型在精度满足要求的前提下降低硬件成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种采样装置，尤其是一种交流采样装置。
背景技术
在目前电能表、数显仪表、无功补偿控制器等对电网参数进行采集的设备中，对电网电量往往通过交流采样的方式进行采集运算，获得预期的采集量。该方案具有响应速度快、抗干扰能力强、运算参数多等特点。现有的常规方案为MCU外挂一片专用采样用计量芯片，如CS5460,该芯片会通过输入的电压信号和电流信号计算出电压、电流的有效值，功率因数、有功功率、无功功率、视在功率等，MCU通过SPI通讯接口读取自己想获取的电量如附件图1所示。但是在目前对成本要求近乎苛刻的时代，显然采用这种方式势必增加成本，致使产品在市场上缺少竞争力。
发明内容
为了克服已有交流采样方式的硬件成本较高的不足，本实用新型提供了一种在精度满足要求的前提下降低硬件成本的基于单片机内部AD实现交流采样的装置
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于单片机内部AD实现交流采样的装置，所述装置包括AD参考电源VREF产生电路和采集电路，所述AD参考电源VREF产生电路包括系统电源VDD、分压支路和电压跟随器，所述系统电源VDD与所述分压支路连接，所述分压支路的输出端与所述电压跟随器的正极输入端连接，所述电压跟随器的输出端与负极输入端连接，所述电压跟随器的输出端为AD参考电源VREF；所述采集电路包括衰减取样电阻R1、隔离电容C1、输入电阻R2和参考电阻R3，交流采样信号端分别与所述衰减取样电阻R1一端和隔离电容C1的一端连接，所述衰减取样电阻R1的另一端接地，所述隔离电容C1的另一端与输入电阻R2的一端连接，所述AD参考电源VREF与所述参考电阻R3的一端连接，所述输入电阻R2的另一端与参考电阻R3的另一端连接后与采样输出端连接。
进一步，所述采样输出端与电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端接地。
所述分压支路为二分之一分压电路。
所述二分之一分压电路包括第一电阻R11和第二电阻R22，所述系统电源VDD与所述第一电阻R11的一端连接，所述第一电阻R11的另一端与所述第二电阻R22的一端连接，所述第二电阻R22的另一端接地，所述第一电阻R11的另一端与所述第二电阻R22的一端的连接节点为分压支路的输出端。
本实用新型的有益效果主要表现在：在精度满足要求的前提下降低硬件成本。
附图说明
图1是基于单片机内部AD实现交流采样的装置的框图。
图2是AD参考电源VREF的示意图。
图3是交流采样电路的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
参照图1～图3，一种基于单片机内部AD实现交流采样的装置，所述装置包括AD参考电源VREF产生电路和采集电路，所述AD参考电源VREF产生电路包括系统电源VDD、分压支路和电压跟随器，所述系统电源VDD与所述分压支路连接，所述分压支路的输出端与所述电压跟随器的正极输入端连接，所述电压跟随器的输出端与负极输入端连接，所述电压跟随器的输出端为AD参考电源VREF；所述采集电路包括衰减取样电阻R1、隔离电容C1、输入电阻R2和参考电阻R3，交流采样信号端分别与所述衰减取样电阻R1一端和隔离电容C1的一端连接，所述衰减取样电阻R1的另一端接地，所述隔离电容C1的另一端与输入电阻R2的一端连接，所述AD参考电源VREF与所述参考电阻R3的一端连接，所述输入电阻R2的另一端与参考电阻R3的另一端连接后与采样输出端连接。
进一步，所述采样输出端与电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端接地。
所述分压支路为二分之一分压电路。
所述二分之一分压电路包括第一电阻R11和第二电阻R22，所述系统电源VDD与所述第一电阻R11的一端连接，所述第一电阻R11的另一端与所述第二电阻R22的一端连接，所述第二电阻R22的另一端接地，所述第一电阻R11的另一端与所述第二电阻R22的一端的连接节点为分压支路的输出端。
本实施例的MCU属于中低端的32位ARM微控制器，最高72MHz工作频率，单周期乘法和硬件除法；具有最多2个12位模数转换器，1us转换时间(多达16个输入通道)，转换范围：0至3.3V，双采样和保持功能。
采用一片DC-DC电源LM1117给MCU提供稳定的3.3V直流电源。
由于MCU的A/D转换器对外加控制电压有一定要求，它只允许对0～+3.3V的标准电压进行转换，而实际的输入不仅有幅值的差异而且有极性的不同，因此需要将PT、CT的交流信号进行直流平移。为提高采样精度，同时综合考虑成本，由系统电源VDD3.3V经过二分之一分压后变为1.65V，经过一个电压跟随器后产生一个稳定的AD参考电源VREF；参照图2。
交流电压、电流信号通过精密电阻R1进行衰减取样，生成峰值最大为交流1.65V的信号，电容C1的作用是隔离直流信号，VREF通过R3对输入电压信号进行平移，供MCU采集，参照图3。
利用过采样方法计算交流电参量：由于MCU的片内AD模块只有12位分辨率，对于计算交流电参量来说精度稍显不够，因此这里采用过采样技术提高采样精度。提高采样速率，要得到一个有效的采样点，每次采样16个点，再经过平滑滤波，用来生成一个有效的采样点，这样每个工频周波采样64个点，再经过FFT算法，计算出三相电压、电流、频率、有功、无功、三相电压(2-21次)、电流谐波(2-21次)等数据。
Claims (4)
1.一种基于单片机内部AD实现交流采样的装置，其特征在于：所述装置包括AD参考电源VREF产生电路和采集电路，所述AD参考电源VREF产生电路包括系统电源VDD、分压支路和电压跟随器，所述系统电源VDD与所述分压支路连接，所述分压支路的输出端与所述电压跟随器的正极输入端连接，所述电压跟随器的输出端与负极输入端连接，所述电压跟随器的输出端为AD参考电源VREF；所述采集电路包括衰减取样电阻R1、隔离电容C1、输入电阻R2和参考电阻R3，交流采样信号端分别与所述衰减取样电阻R1一端和隔离电容C1的一端连接，所述衰减取样电阻R1的另一端接地，所述隔离电容C1的另一端与输入电阻R2的一端连接，所述AD参考电源VREF与所述参考电阻R3的一端连接，所述输入电阻R2的另一端与参考电阻R3的另一端连接后与采样输出端连接。
2.如权利要求1所述的基于单片机内部AD实现交流采样的装置，其特征在于：所述采样输出端与电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端接地。
3.如权利要求1或2所述的基于单片机内部AD实现交流采样的装置，其特征在于：所述分压支路为二分之一分压电路。
4.如权利要求3所述的基于单片机内部AD实现交流采样的装置，其特征在于：所述二分之一分压电路包括第一电阻R11和第二电阻R22，所述系统电源VDD与所述第一电阻R11的一端连接，所述第一电阻R11的另一端与所述第二电阻R22的一端连接，所述第二电阻R22的另一端接地，所述第一电阻R11的另一端与所述第二电阻R22的一端的连接节点为分压支路的输出端。
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