【正文】 器的測(cè)量端子的切換，控制測(cè)量工作的自動(dòng)進(jìn)行。 圖 31 前向測(cè)量通道的結(jié)構(gòu)框圖 3． 2 單片機(jī)系統(tǒng)框圖 單片機(jī)系統(tǒng)是儀器的核心部分，采集來自兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算和分析，控制液晶顯示屏及打印機(jī)，顯示或 打印測(cè)試結(jié)果；接收鍵盤的輸入；控制繼電器動(dòng)作使測(cè)量自動(dòng)進(jìn)行。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 32所示。 220V T1 單片機(jī) T2 隔離變壓器 繼電器切換 A B C 被側(cè)變壓器 a b c 次級(jí)切換 程控放大 真有效值轉(zhuǎn)換 V/F 轉(zhuǎn)換 高速光藕隔離 過零檢測(cè) 光藕隔離 真有效值轉(zhuǎn)換 V/F 轉(zhuǎn)換 高速光藕隔離 過零檢測(cè) 光藕隔離 原邊通道 副邊通道 6V 180V biyesheji 9 百手起駕 整理 為您 監(jiān)控存儲(chǔ)器是 E2PROM 芯片 X25043，它有 512 字節(jié)的存儲(chǔ)空間，可以存放儀器的工作參數(shù)和儀器的測(cè)量歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)其內(nèi)部含有電壓監(jiān)視電路，在系統(tǒng)上電或掉電時(shí)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，這樣可以使系統(tǒng)穩(wěn)定地復(fù)位。 本系統(tǒng)采用北京清華蓬遠(yuǎn)公司的內(nèi)含 T6963C控制器的 MGL(S)240128T液晶顯示模塊，它可以顯示點(diǎn)陣圖形，我們用它顯示漢字。 鍵盤用于輸入信息，單片機(jī)通過 8255 的 I/0 口掃描按鍵的狀態(tài)，判斷是否有鍵按下，然后執(zhí)行相 應(yīng)的按鍵處理程序。 圖 32 片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 3． 3 副邊通道的程控放大電路 1)電路工作原理 該電路的主要功能是對(duì)被測(cè)變壓器的測(cè)壓端子的信號(hào)進(jìn)行放大或衰減。被測(cè)變壓器的加壓端子在系統(tǒng)測(cè)量時(shí)接到 180V交流電，如果其變比為 1，則測(cè)壓端子的信號(hào)為 180V，需要將其衰減為 1/30(6V)，放大電路的放大倍數(shù)應(yīng)為 1/30；如果其變比為 10000，則測(cè)壓端子的信號(hào)為 180V/10000，需要將其放大到 30 倍 ()放大電路的放大倍數(shù)應(yīng)為30。系統(tǒng)測(cè) 量時(shí)自動(dòng)調(diào)整放大倍數(shù)，從 l/3到 30 倍，當(dāng)放大后信號(hào)幅度夠大 (大于 )，即可認(rèn)為調(diào)整到合適的量程，否則繼續(xù)加大放大倍數(shù)直至 30倍。 放大倍數(shù)的改交是通過單片機(jī)控制繼電器切換放大電路的反饋電阻來實(shí)現(xiàn)的。放大電路如圖 33所示。 2)放大倍數(shù)參數(shù)的調(diào)試 液晶顯示器 監(jiān)控存儲(chǔ)器 單片機(jī) 8255 繼電器組 8255 鍵盤 biyesheji 10 百手起駕 整理 為您 調(diào)試放大倍數(shù)的參數(shù)需要使用精密可調(diào)電阻箱，它可以將輸入的電壓 (接變壓器的加壓端 )按照所設(shè)定的比例精密分壓輸出 (接變壓器的測(cè)量端 )，這樣相當(dāng)于一個(gè)變比已知的變壓器，并且其變比可精確的設(shè)置。 調(diào)試分四個(gè)段進(jìn)行，每段選兩個(gè)值分別調(diào)試零點(diǎn)和線性度。選取變比 1： l和 ：l、 10： l 和 ： l、 100： l和 ： ： 1和 ： l。 其中零點(diǎn)的調(diào)整都是通過調(diào)整圖 36 中的 R25 完成，它使 l： 10： I、 100： 1和1000： l 更準(zhǔn)。當(dāng)然同時(shí)滿足四種是不可能的，一般來講，盡量滿足小值， 1000： 1 允許誤差大些。 R4R2R3K 21R6R5K 11R8R7 1 5V+ 15 V236U1O P 0 7+ 15 V 1 5V47R 10R 11R918236U2O P 0 7+ 15 V 1 5VK 387418R 12 R 13 R 15R 14K 27K 31K 36 圖 33 副邊通道的放大電路 ： l 的調(diào)整通過該檔反饋電阻 R11 完成，當(dāng)調(diào)試程序顯示變比接近 ： l時(shí)，停止調(diào)整反饋電阻，并按下確認(rèn)鍵，系統(tǒng)會(huì)顯示此時(shí)的 K值 (接近 1)，并存入 X25043，以供以后 正式測(cè)量時(shí)計(jì)算用，此時(shí)系統(tǒng)根據(jù) K值自動(dòng)修正變比為 ： 1。 其他檔的反饋電阻和 K值的確定方法類似。 在完成所有檔調(diào)試后，再測(cè)試一下 l： 10： l、 100： 1和 1000： 1，如果誤差較大，再調(diào)整一下 R25，然后繼續(xù)重復(fù)上面的過程。這樣可以使整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)的誤差比較均衡，避免有的值測(cè)得很準(zhǔn)，有的值誤差太大。 3． 4 真有效值轉(zhuǎn)換電路 真有效值轉(zhuǎn)換電路的作用是將交流電壓按其真有效值轉(zhuǎn)換成直流電壓。 AD536A 是美biyesheji 11 百手起駕 整理 為您 國 AD 公司的真有效值轉(zhuǎn)換芯片，其轉(zhuǎn)換性能優(yōu)越。同類產(chǎn)品有的用其他器件完成真有效值轉(zhuǎn)換，這種儀 器的精度都不高。 1)AD536A 的主要特點(diǎn)。 (1)芯片采用激光修正，達(dá)到了高準(zhǔn)確度的指標(biāo)。 (2)集成度高，外圍電路簡單。 (3)能夠轉(zhuǎn)換出純交流信號(hào) (AC)或疊加有直流分量的交流信號(hào) (AC+DC)的有效值電壓。 (4)轉(zhuǎn)換速率快，典型情況下為 5V/us。 (5)具有分貝輸出端。 (6)寬頻帶頻率相應(yīng)好。 2)AD536A 的管腳功能 AD536A 的管腳功能如表 31所示：其中第 l 腳用于輸入原始信號(hào)第 6 腳為轉(zhuǎn)換后的直流真有效值電壓輸出端。 表 31 AD536A 的管腳功能表 引腳號(hào) 引腳名稱 功能說明 1 VIN 輸入電壓端，輸入阻抗典型值為 ，最大為 20K。 2 NC 3 Vs 負(fù)電源端，對(duì)稱式雙電源范圍為 3v 至 18v。 4 CAV 外接平均電容。 5 VdB 分貝 (電平 )電壓輸出端。 6 BUFOUT 緩沖器輸出，其輸出阻抗小于 歐姆。 7 BUFIN 緩沖器輸入，其輸入阻抗大于 108歐姆。 8 IOUT 電流輸出端。 9 RL 內(nèi)部電阻 R2(25K)的引出端，通常與 COM 短接。 10 COM 公共地。 11 NC 12 NC 13 NC biyesheji 12 百手起駕 整理 為您 14 +Vs 正電源端，對(duì)稱式雙電源范圍為 3V 至 18V。 3)原邊通道的真有效值轉(zhuǎn)換電路 圖 34是原邊通道的真有效值轉(zhuǎn)換電路，副邊通道的真有效值轉(zhuǎn)換電路類似。網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào) UZ連接到隔離變壓器輸出的 6V電源， E1l 用來隔離直流信號(hào)。 T4是調(diào)試用的短路塊，短路其 6將輸入 0V信號(hào)到 AD536A，這時(shí)調(diào)節(jié) R28 可以使 AD536A 輸出 0；短路T4 的 l、 2將輸入 6V信號(hào)到 AD536A，這時(shí)調(diào)節(jié) R42可以使 AD536A 輸出 6V，這樣可以對(duì)AD536A 調(diào)零或調(diào)整滿值；短路 T4 的 4 將輸入被測(cè)信號(hào)到 AD536A，系統(tǒng)工作時(shí)應(yīng)處于這種狀態(tài)。 4)真有效值轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試 如圖 34所示首先調(diào)整 AD536 的零點(diǎn)：短路 T4的 6 將輸入 0V信號(hào)到 AD536A，這時(shí)調(diào)節(jié) R28 可以使 AD536A 輸出 0(用萬用表測(cè)量 )；然后調(diào)整 AD536 的滿值：短路 T4的 2將輸入 6V 信號(hào)到 AD536A，這時(shí)調(diào)節(jié) R42 可以使 AD536A 輸出 6V(用萬用表測(cè)量 )；短路 T4的 4 將輸入被測(cè)信號(hào)到 AD536A 系統(tǒng)工作時(shí)應(yīng)處于這種狀態(tài)。 類似方法調(diào)試副邊通道的真有效值轉(zhuǎn)換電路。 + 15 V135 642A D 536A+ 15 VC 1 3E8R 4 0O U TE915 VC 1 4E 10+ 15 VR 4 2135 642T4+ 6VE 11R 4 1UZ124567 891011121314A D 536AR 2 8R 3 9R 3 7 圖 34 原邊通道的真有效值轉(zhuǎn)換電路 3． 5 V/F 轉(zhuǎn)換電路和高速光藕隔離電 路 1)AD650 的主要特點(diǎn) biyesheji 13 百手起駕 整理 為您 V/F 轉(zhuǎn)換電路可以將直流電壓線性轉(zhuǎn)換成一定頻率的脈沖信號(hào)。這里采用的是美國AD 公司的 AD650，該芯片性能非常好，其主要特點(diǎn)如下： (1)最高輸出頻率為 1MHz。 (2)高可靠性。 (3)線性度高。 典型的線性度： ％ 10KHz ％ 100KHZ ％ 500KHz ％ lMHz (4)輸入偏置調(diào)零。 (5)CMOS 和 TTL兼容 (6)單極、雙極、差分 V/F (7)V/F或 F/V轉(zhuǎn)換功能 本系統(tǒng)調(diào)整 AD650 的滿輸出為 100 KHz，此時(shí)其線 性度為 ％完全可以滿足系統(tǒng)的要求。 2)AD650 的管腳功能 AD650 的管腳功能如表 32所示。 表 32 AD650 的管腳功能表 引腳號(hào) 引腳名稱 功能說明 1 VOUT 比較器輸出端。 2 +IN 輸入電壓正極。 3 IN 輸入電壓負(fù)極。最大輸入電壓177。 Vs．差分輸入177。 10V。 4 OFFSET 偏置電流。 5 Vs 負(fù)電源端，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)電源為 15V。 6 ONE SHOT 定時(shí)電容輸入端。 7 NC 8 FOUTPUT 頻率輸出端。 biyesheji 14 百手起駕 整理 為您 9 COMPIN 比較器輸入。 10 DIGITAL 數(shù)字地。 11 ANOLOG 模擬地。 12 +Vs 正電源端，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)電源為一 15V。 13 OFFSET 調(diào)零電阻端。 14 OFFSET NULL 調(diào)零電阻端。 3)V/F轉(zhuǎn)換電路和高速光藕隔離電路 V/F 轉(zhuǎn)換電路和高速光藕隔離電路如圖 36 所示。當(dāng) AD650 輸入 0V 時(shí)，調(diào)整 R25使 AD650 的 8腳輸出信號(hào)頻率為 0Hz；當(dāng) AD650 輸入 6V 時(shí)，調(diào)整 R23 使 AD650 的 8腳輸出信號(hào)頻率為 100KHz。 由于 AD650 輸出最大頻率設(shè)定為 100Hz，使用的隔離光藕相應(yīng)頻率必須符合要 求，這里采用高速光藕 6N135，其內(nèi)部原理圖如圖 35所示； 6N135 需要 15mA 的驅(qū)動(dòng)電流，而 AD650 輸出只能提供 10mA 的驅(qū)動(dòng)電流，因此在 AD650 輸出后面增加了 7407， 7407為開漏極輸出，其灌電流可達(dá) 30mA，加強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)能力。 87651234NCA n o d eC at h o d eNCV C CVBV0G N D 圖 35 6N135 內(nèi)部原理圖 74HCl4 是施密特反相器，對(duì) 6N135 的輸出信號(hào)進(jìn)行再整形，以便于單片機(jī)計(jì)數(shù)。單片機(jī)要求輸入的脈沖上升沿的上升速率快，否則計(jì)數(shù)有誤。 biyesheji 15 百手起駕 整理 為您 R 25R 26C8C5R 24R 23INC7C6 1 5V R 27E6R 281 2A74 07NC1A no de2C a th od e3NC4G N D5V06VB7V C C86N 1 35C 38 E 29R 291 2A74 H C 1 4V C C1234567 891011121314A D 6 50+ 15 VT0 圖 36 副邊通道 V/F 轉(zhuǎn)換電路和高速光藕隔離電路圖 4)AD650 的調(diào)試 調(diào)試 AD650，首先插上寫有調(diào)試程序的單片機(jī)芯片，通電工作后進(jìn)入調(diào)試程序的AD650 菜單，它可以顯示測(cè)出 2個(gè)通道的頻率值。 如圖 36所示，調(diào)試副邊通道的 AD650，首先短路 T5的 6將輸入 0V 信號(hào)到 AD650，然后調(diào)整 R25使 AD650 的 8腳輸出信號(hào)頻率為 0Hz，從液晶顯示器上可以觀察到：短路T5 的 2將輸入 6V信號(hào)到 AD650，調(diào)整 R23使 AD650 的 8 腳輸出信號(hào)頻率為 100KHz，從液晶顯示器上可以觀察到。短路 T5的 4將輸入被測(cè)信號(hào)到 AD650，系統(tǒng)工作時(shí)應(yīng)處于這種狀態(tài)。 類似的方法調(diào)試原邊通道的 AD650。 3． 6 過零比較電路 過零比較電路主要用于檢測(cè)原邊、副邊信號(hào)的過零時(shí)間從而測(cè)出它們的相位差。首先測(cè)出原邊信號(hào)的周期 T，應(yīng)為原邊信號(hào)兩次過零間時(shí)間的 2倍；然后測(cè)出原邊、副邊信號(hào)下降沿過零的時(shí)間差 Tc，則原邊、副邊信號(hào)的相位差為 (3600Tc)／ T。 biyesheji 16 百手起駕 整理 為您 測(cè)出相位差后然后按照第 2章的方法去確定單相變壓器的極性或三相變壓器的接線組別。 四運(yùn)放 LM339 構(gòu)成過零比較器， TLP5214是四光藕隔離器。 圖 37是過零比較電路。 UX和 UZ分別為副邊、原邊的信號(hào)，經(jīng)過隔離直流后接到LM339 的正極，當(dāng)交流信號(hào)處于正半 周時(shí)，比較器輸出高，光藕隔離器相應(yīng)也輸出高電平。 圖 37中 QX 和 QJ 連接到單片機(jī)的輸入口，單片機(jī)通過檢測(cè)其輸入口狀態(tài)，判斷出副邊、原邊信號(hào)的相位差。 12345678 91011