专利名称：一种基于微控制器的交流信号采集电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种基于微控制器的交流信号采集电路，属于电カ信号采集领域。
背景技术：
在ー些エ业企业中，经常需要采集220V交流电的电压信号，以便监控交流电的质量。220V交流电经过电压互感器后依然是交流信号，通常微控制器中嵌有并行的A/D转换器，但只能直接采集直流信号。为了采集交流信号，需要对交流信号进行处理。经过电压互感器后，目前的方法多采用运放作加法器，以便将交流信号加上一个正的基准电压，从而将交流信号处理成直流信号，进ー步进行A/D采集。对于8位A/DC，如果基准电压为5V。那么其分辨率为q=5/ (28-1) =0 . 0 1 96V,也就是其量化误差为q/2=0. 0098V。假定直流信号測量 值为O. 2V 4V，测量值的最大和最小相对误差分别出现在O. 2V和4V附近，即最大相对误差约为O. 0098/0. 2=4. 9%，最小相对误差约为O. 0098/4=0. 245%，可见，模拟量值越小，相对误差越大，也就是相对精度越低，或者说相对精度越小。通常，为了保证电カ參数的计算精度，在ー个信号周期内需要至少采集256个点，并且256个点具有较大的电压范围。然而，微控制器内嵌A/D转换器的位数是确定的，A/D转换器的位数决定了采集信号的精度，但256个点的相对精度相差较大。在实际中，我们经常遇到这种情况，系统微控制器选用了 8位的微控制器，其内嵌的8位A/D转换器无法满足系统的相对精度要求，而9位的A/D转换器才能满足系统的相对精度要求，目前的解决办法有是外扩高精度的A/D转换器，这样做的结果是硬件电路设计复杂，数据读写软件复杂，成本提高。

实用新型内容本实用新型的目的是在不改变微控制器内部A/D转换器的情况下，提高交流信号采集的精度，使满足系统的相对精度要求。本实用新型为解决上述技术问题而提供一种基于微控制器的交流信号采集电路，包括微控制器和运算放大器，所述的运算放大器的同相输入端通过ー电压互感器与待采集的交流信号相连，反相输入端通过ー电阻与ー开关相连，该开关与两路基准电源相连，运算放大器的输出端与微控制器的A/D采样端ロ相连，微控制器的I/O 口上连接有继电器，该继电器与所述的开关，用于对两路基准电源进行选择。所述的两路基准电源中电压值相对较大的一路电源是通过将较小的一路电源连入到一同相运算放大器的同相输入端得到。所述的运算放大器输出端与微处理器的A/D采样端ロ之间连接有阻容滤波电路。本实用新型的有益效果是在使用微控制器内嵌的A/D转换器时，不增加A/D位数，仅通过增加模拟开关及相应电路，就提高了 A/D转换的相对精度，使用非常方便。

[0008]图I是本实用新型实施例中的交流信号采集电路图；图2是本实用新型实施例中采集电路的工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
做进ー步说明。—种基于微控制器的交流信号米集电路的实施例如图I所示，一种基于微控制器的交流信号采集电路包括微控制器、运放NI、继电器、运放N2、电压互感器、电容Cl和电阻Rl至R6，待采样的220V交流信号通过电压互感器和电阻Rl连接运放NI的同相输入端，运放NI的反相输入端通过电阻R2和继电器与基准电源3. IV及运放N2的输出端相连，运放NI的输出端通过R6和Cl构成的滤波单元与微控制器的A/D端ロ相连，继电器控制端与微控制器的I/O相连，运放N2的同相输入端通过电阻R3与基准电源3. IV相连，反相输入端通过电阻R5接地，反相输入端和输出端之间通过电阻R5相连，构成负反馈，电阻Rl、R2和R3相同，R4和R5相同，运放N2从基准电源3. IV·得到4. 65V ;电压互感器将220V交流信号处理成-1. 55疒I. 55V的小幅值交流信号；运放NI反相端通过电阻R2接至基准电源3. IV，进ー步处理得到的小幅值直流信号，并在滤波后送给微控制器进行AD采样。为提高相对精度，微控制器执行程序流程如下初始时，微控制器通过I/O ロ控制继电器，选通较小基准电源3. IV ；一旦采集的交流信号幅值大于或等于3. IV，微控制器继续采集电压数据，而一旦小于3. IV，则微控制器通过I/O ロ发出控制信号，驱动继电器吸合，将运放NI反相端通过电阻R2接至基准电源4. 65V,继续采集数据；一旦采集的交流信号幅值小于4. 65V，微控制器继续采集电压数据，而一旦大于或等于4. 65V，则微控制器通过I/O ロ发出控制信号，驱动继电器断开，将运放NI反相端通过电阻R2接至基准电源3. IV，继续采集数据；重复上述步骤，实现交流信号的采集。假定继电器在断电情况下，将3. IV基准电源通过电阻R2接至运放NI的反相输入端ロ。在主程序中，设置继电器吸合标志为全局变量Jdq，并令其初始值为O。启动定时中断，假定220V交流信号周期为1/50=0. 02s=20ms,故中断周期为20/255 ^ O. 0784ms。图2给出了采集模拟量值的中断程序流程，现在详述如下在步骤201中，进入定时中断程序，保护现场；在步骤202中，微控制器通过内嵌的A/D转换器采集模拟量；在步骤203中，将模拟量值存储于设定的存储空间中；在步骤204中，如果变量Jdq=O,则执行步骤205，否则执行步骤207;在步骤205中，测试A/D转换结果是否〈3. IV，如果〈3. IV，执行步骤206，否这执行步骤209 ；在步骤206中，微控制器发出吸合继电器指令，并令Jdq=I,然后执行步骤209 ；在步骤207中，测试A/D转换结果是否彡4. 65V，如果彡4. 65V,执行步骤208，否这执行步骤209 ；在步骤208中，微控制器发出断开继电器指令，并令Jdq=O ；在步骤209中，恢复现场，退出定时中断程序。[0028]通过以上步骤，对于运放N I，如果其反相输入端通过电阻接至3. IV，则其输出为同相端输入电压加上3. IV，故其输出电压为I. 55疒4. 65V，其最大相对误差约为O. 0098/1. 55=0. 63% ;为了将其精度提高至9位A/D的精度，对于I. 55疒3. IV的电压输入，如果将其反相输入端通过电阻接至基准电源4. 65V，则其输出为同相端输入电压加上4. 65V，故其输出电压为3. I疒4. 65V，其最大相对误差约为O. 0098/3. 1=0. 32% ;而如果A/D转换器为9位，其量化单位q为I. 6ImV (5V/511 ^ O. 0098V)，量化误差为q/2=0. 0049V，采样最小值I. 55V的相对精度约为O. 0049/1. 55 O. 32%。也就是经过处理后，交流信号采集的相对精度达到了 9位A/D的精度。本实用新型所述的实施例中，给出的基准电源 为3. IV和4. 65V，这两个值是可以根据相对精度要求进行设定，运放放大倍数可以通过调整电阻控制。具体变化情况与实施例类同，不再赘述。
权利要求1.一种基于微控制器的交流信号采集电路，包括微控制器和运算放大器，其特征在于所述的运算放大器的同相输入端通过一电压互感器与待采集的交流信号相连，反相输入端通过一电阻与一开关相连，该开关与两路基准电源相连，运算放大器的输出端与微控制器的A/D采样端口相连，微控制器的I/O 口上连接有继电器，该继电器与所述的开关，用于对两路基准电源进行选择。
2.根据权利要求I所述的基于微控制器的交流信号采集电路，其特征在于所述的两路基准电源中电压值较大的一路电源是通过将较小的一路电源连入到一同相运算放大器的同相输入端得到。
3.根据权利要求I或2所述的基于微控制器的交流信号采集电路，其特征在于所述的运算放大器输出端与微处理器的A/D采样端口之间连接有阻容滤波电路。
专利摘要本实用新型涉及一种基于微控制器的交流信号采集电路，包括微控制器和运算放大器，该运算放大器的同相输入端与待采集的交流信号相连，反相输入端通过一电阻与两路基准电源相连，所述的微控制器的I/O口上还连接有继电器，该继电器与所述的两路基准电源相连，用以对两路基准电源进行选择。本实用新型在使用带有内嵌的A/D转换器的微控制器对交流信号进行采样时，不需要增加A/D位数，只需要通过增加相应的电路，就能提高采样值的相对精度，满足系统所需的精度要求，使用方便。
文档编号G01R19/00GK202471803SQ201220008689
公开日2012年10月3日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者刘翠苹, 张松灿, 张海涛, 徐迎曦, 曹锋 申请人:河南科技大学