配电柜测控器中的数据采集电路设计.doc

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安徽大学

本科毕业论文（设计）

（内封面）

题　　目：

　　配电柜测控器中的数据采集电路设计

学生姓名：

　　　刘若琛学号：

E30314031

院（系）：

电子科学与技术学院专业：

　　通信工程　

入学时间：

　　2003　　　　年　　　　10　　　月

导师姓名：

　吕锡庆　　　职称/学位：

　副教授

导师所在单位：

　　安徽大学电子科学与技术学院

配电柜测控器中的数据采集电路设计

摘要

本文以城市路灯测控网络为研究背景，详细论述了配电柜测控器数据采集系统的方案设计及实现。

其内容包括出火状态检测电路、电压传感器、电流传感器及其信号调理电路的设计，数据采集程序的编制。

配电柜测控器中的数据采集系统通过电压传感器，电流传感器将市电0至255V交流电压或0至100A交流电流转换成0至2.5V的直流电平送给单片机的A/D转换器进行模/数转换，单片机将现场采集的8路交流电流值或交流电压值及出火状态经CAN总线网络传送至远端的测控中心，供测控中心进行故障诊断。

从而实现对系统时时有效的控制，为整个城市路灯测控网络提供了有力的支持。

关键词：

数据采集；电压传感器；电流传感器；A/D转换；故障诊断。

Powerdistributioncabinetobservationandcontrolcenterdataacquisitioncircuitdesign

Abstract

Thisarticleindetailwillelaboratethepowerdistributioncabinetobservationandcontroldatarecordsystemplandesignandtherealization.Itscontentincludinggetsangrytheconditionexaminationelectriccircuit,thevoltagesensors,theelectriccurrentsensoranditsthesignalrecuperatestheelectriccircuitthedesign,thedataacquisitionprocedureestablishment.Throughthevoltagepick-up,theelectriccurrentsensororpaststhecityelectricity0tothe255Valternatingvoltage0tothe100Aalternatingcurrentchangesintotogivethemonolithicintegratedcircuit0tothe2.5Vdirect-currentleveltheA/DConvertertocarryonthea/dconversion,themonolithicintegratedcircuitandgetsangrytheconditionthescenegathering8groupsmagnitudesofcurrentorthevoltagevalueaftertheCANmainlinenetworktransmissiontothefar-endobservationandcontrolcenter,affordmeasurementandcontrolsystemforfaultdiagnostic.

Keywords:

dataacquisition;voltagepick-up;electriccurrentsensor;A/Dtransformation;breakdowndiagnosis

目录

第一章引言 1

1.1研究意义 1

1.2功能目标 1

第二章主要芯片介绍 2

2.1带有CAN接口的高档微控制器80C592 2

2.2实时时钟集成芯片DS12887 3

第三章主要硬件电路设计及软件编制 3

3.1电压传感器的设计 3

3.1.1电压通用互感器 4

3.1.2AC/DC转换器 5

3.2电流传感器的设计 6

3.3电压跟随器的设计 7

3.4A/D转换：

8

3.5出火状态检测电路设计：

9

3．6主要程序编写 10

3.6.1A/D转换程序 10

3.6.2通信程序 12

第四章结论 19

主要参考文献 20

致谢 21

21

配电柜测控器中的数据采集电路设计

第一章引言

1.1研究意义:

城市路灯监控管理是市政工程建设和市政管理的重要组成部分。

世界发达国家都十分重视市政管理，把市政路灯建设和路灯管理水平作为评价城市成熟度的重要标志之一，并与交通、通讯等一起作为城市发展水平的评价依据。

随着国民经济迅速发展，城市现代化建设的速度也越来越快，人们对都市的亮化和美化也越来越加以关注。

城市路灯工程已成为市政窗口的形象工程。

配电柜数据采集是其一项关键技术。

长期以来，我国城市路灯的控制多靠人工来实现，由值班人员通过合闸和拉闸来控制最靠近值班室的路灯配电柜上电或掉电，再由该柜传递信号给邻近柜，通过接力的方式控制城市路灯的开启和关闭，若其中某一配电柜停电或出现故障，则后续配电柜均无法上电，造成城市一片黑暗，而值班人员毫无察觉。

必须通过工作人员实地检查才能发现发生故障的路段，这样将耗费大量的人力物力。

鉴于这些问题，我们在导师的指导下进行了配电柜测控器中数据采集电路的课题研究，期望实现对路灯运行中的故障进行自动诊断。

该课题源于这些实际需求，目的是对城市的路灯运行情况进行时时监控，保证系统的正常运行。

1.2功能目标:

1.2.1路灯配电柜中主要采集的数据种类：

（1）三路交流电压。

即三相四线制电源中每一相火线与零线之间的电压值。

（2）五路交流电流。

（3）八路出火状态检测。

1.2.2根据检测的数据即可进行下述类型的故障诊断。

（1）有无断相。

（2）有无白天亮灯，晚上不亮灯。

（3）有无过流、过压、短路和断路。

（4）出火处的保险丝是否断路。

（5）根据开灯关灯的时间及出火状态可判断出路灯是否运行正常。

（6）根据电流的变化可诊断出夜晚是否有人盗割地沟里的电线等。

第二章主要芯片介绍

2.1带有CAN接口的高档微控制器80C592：

典型电路如图1：

图1：

80C592

80C592是适用于自动和通用工业应用的8位高性能微控制器。

具有16KB程序ROM，2*256字节数据RAM，两个标准的16位定时器/计数器，一个新增加的包括四个捕获和三个比较寄存器的16位定时器/计数器，五组8位I/O端口和一组与ADC模拟量共用的8位输入口。

该芯片集成了CAN总线，支持CAN2.0A协议。

可以很方便的形成控制器局域网，以实现节点控制器与主控室之间的信息交换。

还另外，该芯片还集成了具有8路输入端的10位A/D转换器，为数据采集系统提供了必要的硬件基础。

此外，片上集成了WDOG（电子看门狗），确保了该芯片可在恶劣的环境下正常可靠的工作。

[5]

2.2实时时钟集成芯片DS12887:

DS12C887是由美国DALLAS公司的新型时钟日历芯片。

下面对其功能特性和内部控制寄存器参数作较为详细的说明：

DS12C887实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接代替IBMPC上的时钟日历芯片DS12887，同时它的管脚也和MC146818B、DS12887相兼容。

由于DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决子“千年”问题；DS12C887中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10年之久；对于一天内的时间记录，有12小时制和24小时制两种模式。

在12小时制模式中，用AM和PM区分上午和下午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，一种是用BCD码表示；DS12C887中带有128字节RAM，其中有11字节RAM用来存储时间信息，4字节RAM用来存储DS12C887的控制信息，称为控制寄存器，113字节通用RAM使用户使用；此外用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。

第三章主要硬件电路设计

3.1电压传感器的设计:

典型电路如图2所示：

图2：

电压传感器

其主要功能是将市电上0到255V的交流电压转换为可供单片机A/D转换器分析的0到2.5V的直流电平。

电压传感器主要由两部分组成：

电压通用互感器，AC/DC转换器。

3.1.1电压通用互感器的设计:

典型电路如图3所示：

图3：

电压通用互感器

通过调节电压通用互感器上的R5,得到相应的输入/输出电压比。

从而将市电上0到255V的交流电压转换为0到2.5/2.2V的交流电平输出，其隔离耐压为3000V，非线性度小于0.1%,相移小于5度。

DVDI001匝数比为1：

1，额定电流为3mA/3mA.使用时必须在初级回路串接限流电阻R1`和R2，R1=R2=1/2（Vin/3mA-170）,170欧是初级线圈电阻。

TL062为通用运算放大器，要想达到更高的精度，可使用温漂性能更好的运放。

运放正负输入端电阻R3，R4为配对平衡电阻，最好完全一致，一般取值为5K到10K。

运放电源常用15V，视输出电压的大小，可取8V，12V，18V等。

C。

的作用是对输入输出信号的相位补偿。

经验值为0。

01至0。

033uf.　

图3所示互感器工作时可保证其线性和精度。

若次级不加运放，亦可输出满量程为3mA的电流信号，但其相移受负载影响，负载电阻越小，相移越小。

[1]

3.1.2AC/DC转换器的设计:

典型电路如图4所示：

图4：

AC/DC转换器

其主要功能是将电压通用互感器的输出交流电压转换为可供A/D转换器转换的0到2.5V的直流电平。

其满足一数量关系为Vout=2.2Vout1，即输出电压为输入电压的2.2倍。

平均值响应的AC/DC转换器是由运算放大器和二极管组成的半波线性整流电路。

它具有线性好，准确度高，电路简单，成本低廉等优点。

由于它是按照正弦波平均值与有效值的关系而定义的，因此所构成的仪表仅适合与测量不失真的正弦波电压。

现利用单运放TL061与二极管VD1，VD2组成平均值响应的线性整流电路，能消除二极管在小信号整流时所引起的非线性电压，使输出的平均值电压与AC/DC转换器的输入电压成线性关系，测量精确度优于1%。

电路中的R1是TL061的同相输入端电阻。

R2，R3为负反馈电阻，可将IC2偏置在线性放大区。

为提高AC/DC转换器的输入阻抗，IC2接成同相放大器。

C1，C2为隔直电容。

该电路属于输出不对称式全波整流电路