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嵌入式系统应用
文章编号:1008-0570()11-2-0003-02
开路电压及交流阻抗测量系统
DetectingSystemofVoltageandReactance
(清华大学深圳硕士院)李继明张跃
UJlMlNGZHANGYUE
运用数字合成办法产生测量交流摘要:设计实现了开路电压和交流阻抗测量系统.
阻抗的1KHz正弦激励信号;调节正弦激
励信号产生的电流和开路电压测量模块输入阻抗,以适应测量环境规定;运用
ADC获得开路电压和正弦激励峰值电压参
数;用数字鉴相办法获取正弦信号的相位差;应用PIC单片机控制订时测量,参数
换算,显示输出等.
核心字:单片机;电压测量;阻抗测量;数字合成正弦波
中图分类号:TP23文献标记码:A
Abstract:
DSSmethod;amplifiesthepeakvoltageofthestimulatingsinewaveandenhancestheinputresistanceoftheopenvoltagedetecting
moduleforthespecialrequirementsintheconcreteevaluation;retrievesthevoltagevaluesdi
gitallyusingADC;getsthephasediffer-
enceparameterdigitally;utilizesPICmicroprocessorasthemaincontrollertotimethedetecti
ons,dothemathematicoperationsand
displaytheoutputs.
Keywords:PICMicroprocessor,VoltageDetection,ReactanceDetection,DSS 引言
本系统结合了测量阻抗参数和电压参数的办法于一体,可
量部分某种使用范畴内可替代交流电桥,开路电压测量部分具 ,并可增加单 获得电路的戴维南等效电路.
1硬件设计
测量系统硬件涉及电源模块,阻抗参数测量模块,开路电压 测量模块,控制器模块,显示输出模块等,硬件模块框图见图1. 图1硬件模块框图
从稳压电源获得+,运用LM320(78051 将++5V,运用LM320(一5), 李继明:硕士硕士
同时需要用二极管保护LM320和luF滤波电容减低正负5V电 ,+5V电源输出fVcc)实测值为+ ,一5V电源输出fVss),全部的数 字电源由Vcc提供,运算放大器供电电源为Vcc和Vss,正弦波 发生模块的正,负电源及接地端分别接人Vcc,Vss和GND.
运用ML2035产生lO00Hz的正弦激励信号,激励信号加在 阻抗测量支路后,通过测量原则电阻上的分压及分压信号与激 励信号问的相位差计算出被测阻抗值.
ML2035提供+ 过接在控制器上的同时串行输出端口送人指令,使ML2035产 :=,
二
(…Do),(D?. D0)=Ox02BB时将产生1001Hz的正弦波.
发生的1KHz正弦波通过一阶低通滤波器进行平滑解决. .
一
1…
激励在平滑滤波器环节的增益为G0?,放大后
的正弦信号电压峰峰值约为6V,通过lo0n的下拉电阻接人控 :1放大环节把 原则电阻两端的电压差引出,通过1001~的下拉电阻接人控制器 ,能够确保流过被测 阻抗系统的电流峰峰值不大于3uA, 测量需要精确和快速的AD采样,控制器芯片自带的l0位采样 阻抗和原则电阻阻值数量级差别不大时能够获得对的的成果. l-3开路电压测量模块
@同邮局订82360~/_3'
嵌入式系统应用中文核心期刊<微计算机信息》(嵌入式与SOC)第23
卷第11—2期
开路电压能够直接接人AD转换接口,即控制器的模拟输 人口,进行模数转换,但是被测点间的电压差正负状况未知而 AD转换器只能转换正的电压差,同时控制器自带AD转换精度 为5my, 测电压引出,再分别运用正反相放大器获得放大5倍的正反相 人阻抗, 测电压各接一种100Q的下拉电阻接人控制器的模拟输人口,
下拉电阻的作用为避免被测电压为负值时控制器模拟输人口 把被测电平拉至0V.
(20M晶振,指令频率为晶振频率的四分频),需要+ ,3个计时器和同时 , 引脚被用于控制显示输出模块.
显示输出模块为TS1602—1.——单行16字符双行显示的 +.
,它们均为每 秒200K次采样的串行四通道高速AD转换器,并且内置了转换 ,; ,总的采 样频率大概为100KSps.
专用芯片把5V一0V电平转换为RS232电平即可与PC串口 相连.
2测量原理
的电压值为U,则U一为反相放大输出,U+为同相放大输出. u一
:
李=一5U,U+一&.+R7U=5U,R8R9为负下拉电阻,一nn'………一'
于被测电压输入应用了电压跟随器,因此能够确保很高的输入 . 图2开路电压测量模块原理图
为U,=+?两端电压为U,运放U3A输入端电压为CK ,.
1
尔夫靛理得,
U
菪cos19雠u与相位差为o,那么=一,去sin0. 陶3交流阻抗测量支路原理网
3软件设计
测量开路电压首先接通开路电压测量部分,等待一段时间 待系统平稳后,对正反相输入端口分别进行多次AD采样,取各 自的平均值作为其测量成果,即V+和V一,由于AD转换不能转 换负值,这两个值最少有一种为0,故最后的电压差取Max(V+, V_),电压差的方向取Ma)【(V+,V_) 带AD转换器时,AD转换精度为5my,采样频率可达40KSPS左 右f该值考虑了运算解决等的耗时,纯采样可达50KSPS);若应用 ;应用14位高速 ADC,精度为305uV;. 测量交流阻抗首先关闭开路电压测量模块启动交流阻抗测 量模块,待系统平衡后,先对U进行采样,获取其峰值V,继 续采样直到获取到此后第一种0V点, 开始对V进行采样,获取其峰值V,继续采样直到获取到此 后第一种0V点, p一,,
为C0为计数时间),则=:?l~;t.-0,此时0可能超出2at, 』JW
,从AD转换的角度讲其误差是比 较小的,但是运用0V作为参考点会受到系统地电平波动的影响. AD转换足够精密时,用极值点作为鉴相参考点效果会好于用 0V点.
整个软件运行流程首先是初始化过程,随即进入正常的检 ,但是可根据使用需求更改检 .
voidmain(void)
{
初始化ADC;
继电器开关初始化;
LCD初始化:
正弦波发生模块初始化:
检测计时器初始化;
启动检测过程:
While(1)
{转第7页)
一
4—360元,年邮局订阅号:
嵌入式系统应用
用通过可重配备总线多路开关对资源进行重新组合,系统灵 活性大大提高, 的应用为:
块RAMx0的映射程序:
运用可重配备总线多路开关,还能够方便的实现:深度增加
(多个小容量RAM合成一种大容量RAM),宽度增加(将多个
8bit总线合并为一种宽总线1等含有创新意义的应用.
4结束语
本文提出了一种全新的数据总线町重配备的多解决器架
,构建一种功效更加
强大,
分派的资源涉及内存块fRAM1,DMA控制器和若干计算加速
(ACC)模块.
本文作者创新点:11新架构有效结合可重配备与多核两者
理器以及硬件资源之间的互连架构,比实现整个系统的可重配
间互连的改善,
重配备总线的实现,
个解决器对硬件资源的专属性,架构能够更加灵活的适应多
种应用.
参考文献
【1]张海亮,赵行波,王亮,
台的设计『J]微计算机信息,,11-2:192—194
【2]Hauck,S.;TherolesofFPGAsinreprogrammablesystems; ProceedingsoftheIEEE,Volume86,Issue4,April1998Page (s1:615—638
f3]MakotoOkada,TatsuoHiramatsu,HiroshiNakajima,Makoto Ozone,KatsunoriHiraseandShinjiKimura,AReconfigurable ProcessorBasedonALUArrayArchitecturewithAimitationonthe Interconnection,Proceedingsofthe19thIEEEInternational
ParalklandDistributedProcessingSymposium(IPDPS'051 f4]Gottlieb,.;Cook,.;Walstrom,.;Ferrera,S.;Chi—Wei
Wang;Carter,.;ClusteredProgrammable-Reconfigurable Processors;Field-ProgrammableTechnology,.(FP. -18Dec. Page(s):134:141
【5]XilinxUniversityProgram,培训资料,
【6]StephanGatzkaandChristianHochberger,OntheScopeof HardwareAccelerationofReconfigurableProcessorsinMobile Devices,Proceedingsofthe38thHawaiiInternationalConference onSystemSciences,
作者介绍:张磊(1981一),男(汉族),山东青岛人,上海交通大学硕
;徐国治,
专家,博士生导师;应忍冬,讲师.
Biography:ZhangLei(1981一),Male(theHannationality),
ShandongProvince,ShanghaiJiaoTongUniversity,postgraduate, MainlyresearchonEmbeddedSystemandReconfigurable Technology.;GuozhiXu,Professor;RendongYing,instructor. (40上海上海交通大学电子工程系)张磊徐国治应忍冬
通讯地址:f2o0240上海上海市东川路800号电信楼群
1#4O6)张磊
(收稿日期:.)(修稿日期:.
(上接第4页)
If启动本次检测
启动开路电压检测模块:
对V一进行4次采样,取其平均值;
对V+进行4次采样,取其平均值;
关闭开路电压检测模块;
启动交流阻抗检测模块;
获取Vstd及其后第一种0V点,并启动鉴相计数器; 获取Vsin及其后第一种0V点,并关闭鉴相计数器; 关闭交流阻抗检测模块;
EndIf
If更新显示输出
计算各参数;
调节显示长度及数值单位并显示:
EndIf
}
}
4结语
系统对与原则电阻阻值数量级相近,辐角远离n*90度的阻 抗测量是比较精确的,改善精度的办法为扩展高速多位ADC. 同时根据具体应用变化测量方略.
本文作者创新点: 字的办法十分简朴有效地解决了测量电子元件的交流阻抗参数 和电路的开路电压的问题,同时还提供了通信扩展方案和精度 改善方案.
参考文献
f1]钟将为, 与应用..3:18—21.
f2]—— 出版社,.8.