【導(dǎo)讀】如何快速準(zhǔn)確的獲取電壓值在數(shù)據(jù)信息采集這一塊是一個(gè)非常重要的課題。產(chǎn)酮指針式電壓功能單一、精度低，在這個(gè)物欲橫流、信息化更替迅速的時(shí)代，已經(jīng)無法滿足時(shí)代需求。因此，精度高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、性價(jià)比高的智能交直流電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
目前市場上廣泛使用的數(shù)字電壓表智能化程度低，測量電壓時(shí)需手動(dòng)切換量程，當(dāng)量程選擇不當(dāng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)測量精度 下降、乃至燒壞電壓表的極端情況； 而高精度的全量程無檔數(shù)字電壓表一般都采用了DSP、FPGA或CPLD等復(fù)雜電路系統(tǒng)， 硬件和軟件實(shí)現(xiàn)成本較高。為此，電路達(dá)人設(shè)計(jì)研制出了一種以單片機(jī)為控制主體的智能交流直流電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)總體方案
該電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由電壓衰減器、量程轉(zhuǎn)換及放大電路、AC/DC轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、主控單片機(jī)STC89C52以 及LCD顯示電路等5個(gè)部分組成，其原理框圖如圖1所示。電壓衰減器和放大器將待測模擬信號(hào)電壓值轉(zhuǎn)換到AC/DC變換器的輸入電壓范圍內(nèi)，直流電壓經(jīng)衰 減放大后不需作AC/DC轉(zhuǎn)換；量程轉(zhuǎn)換電路根據(jù)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬直流電壓大小，由單片機(jī)判斷后控制繼電器對(duì)衰減放大電路作相應(yīng)的調(diào)整，確保選擇 出最佳量程；A/D轉(zhuǎn)換由單片機(jī)啟動(dòng)，在軟件中對(duì)采集到的數(shù)據(jù)作數(shù)字濾波、標(biāo)度變換和系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)等處理后，根據(jù)電壓類型標(biāo)志位在LCD上顯示測量值和電壓類型。
電壓衰減、放大和量程轉(zhuǎn)換電路
電壓衰減放大和量程轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。電阻R1～R5 構(gòu)成衰減系數(shù)分別為1、10、100、1 000、10 000的分壓器，將被測輸入電壓Uin衰減至0～200 mV范圍內(nèi)并送至后端電路放大、AC/DC轉(zhuǎn)換(直流電壓不需轉(zhuǎn)換)、A/D轉(zhuǎn)換以及由單片機(jī)進(jìn)行采集、處理與顯示。為了降低測量誤差，分壓電阻 R1～R5均選用誤差為±0．5％ 的精密金屬膜電阻。量程的選擇由單片機(jī)的P1．0～P1．4口線經(jīng)反相器74HC04反相后控制SPRAGUE公司的高耐壓、大電流達(dá)林頓晶體管集成電路ULN2003的輸入端1 B～5 B，從而驅(qū)動(dòng)電磁繼電器K1～K5的觸點(diǎn)開關(guān)吸合或斷開來實(shí)現(xiàn)。交流電壓與直流電壓共用同一轉(zhuǎn)換量程，K1～K5被獨(dú)立吸合時(shí)對(duì)應(yīng)的量程依次為200 mV、2V、20 V、200 V、1 000 V(AC 750 V)。若被測電壓高于單片機(jī)設(shè)定的量程，單片機(jī)控制相應(yīng)的繼電器線圈接通對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減，反之則放大，以保證輸入至AC/DC轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)不超過它們的工作電壓范圍。因被測電壓未知，為避免電路被燒壞，初始量程應(yīng)設(shè)定為最高量程。
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