微機(jī)電量變送器硬件電路設(shè)計
(以MCS-51單片機(jī)為核心)
微機(jī)變送器的輸入信號取自電壓互感器和電流互感器的輸出回路，分別是有效值為0～100V，0～5A的交流信號。這些信號不能直接輸入到A／D轉(zhuǎn)換器，而需要變換成A／D轉(zhuǎn)換器輸人所允許的信號形式以及變化范圍。一般A／D轉(zhuǎn)換器輸入-5～+5V或-10～+10V的電壓信號。中間電壓互感器TV將0～100V交流電壓按比例變換成峰值為0～5V的交流電壓信號，中間電流互感器TA將0～5A的電流信號變換成較小的電流后使之在電阻上形成峰值為0～5V的交流電壓信號。
在實驗室利用高精度示波器和真空毫伏表對PT、CT進(jìn)行了反復(fù)特性試驗，測試的電壓互感器和電流互感器特性如表2-1，表2-2所示。
表2-1 電壓互感器原副邊電壓轉(zhuǎn)換特性
(注：以上數(shù)據(jù)采用真空毫伏表測試)
表2—2 電流互感器原邊電流副邊電壓(二次并1 Q電阻)轉(zhuǎn)換特性
信號采樣電路的硬件實現(xiàn) 該裝置的信號采集電路結(jié)構(gòu)如圖2-11所示（略）。信號采集電路由模擬信號通道和方波信號通道組成。
(1)模擬信號通道
三個TV(電壓互感器)的原邊分別接至三相電源電壓，由于TV原邊可能產(chǎn)生的峰值電壓(按高出額定值10％考慮)為：
按PT轉(zhuǎn)換特性副邊將產(chǎn)生的電壓為
由于模擬地為+2.5V，所以要想獲得單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器能接受的0～+5V電平信號必須經(jīng)運放衰減，衰減的倍數(shù)KV為：
由圖2-11可見，衰減倍數(shù)可以通過調(diào)節(jié)電位器R3來實現(xiàn)。
與三電壓通道不同的是，三個二次TA(小電流互感器)原邊分別接至三相一次TA，副邊通過精密1電阻獲得與二次電流成正比的電壓信號。因此二次TA副邊經(jīng)電阻取樣后可能獲得的峰值電壓(按高出額定值的20％考慮)為：
可見此電壓信號必須經(jīng)運算放大器放大到2.5V，放大倍數(shù)KI為
在電路中通過調(diào)節(jié)電位器R8來實現(xiàn)。
為可靠保證送入單片機(jī)的電平信號不高于5V。運放的輸出端均接有5.1V穩(wěn)壓二級管。經(jīng)處理后的三相電壓、三相電流信號分別送入0809 A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入口IN0～I(xiàn)N5。
(2)電壓、電流方波信號通道
處理后的三相電壓電流信號經(jīng)各自的比較器LM311便產(chǎn)生與模擬信號周期相同的方波信號，并通過與門及4051模擬開關(guān)送至8031單片機(jī)的外部中斷口INT0。當(dāng)點壓方波正跳變時，開始計時，讀上跳變時時間值t1 ，多路開關(guān)切換到電流方波通道，當(dāng)電流方波正跳變時，讀出時間值t2，二者差值△t即為反映相角差的時間值(360/20ms= /△t）。
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