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1、2009年第9期仪表技术·41·基于STC12C5A32AD新型电网电压监测仪的设计与实现陈卫峰,邓小颖,吕天文(扬州大学物理科学与技术学院,江苏扬州225002)摘要:针对电网电压实时监测,提出了一种基于STC12C5A32AD微控制器的方案。该系统包括电压采集模块和数据显示模块,可以显示实时时间和电压,并具有电压越限报警、系统变比设定、系统电压系数调节、电压统计等功能。关键词:电压监测仪;STC12C5A32AD微控制器;V/F变换;电压统计中图分类号:TM933.2文献标识码:B文章编号:1006-2394(2009)09-
2、0041-03DesignandImplementoftheNewVoltageMonitoringInstrumentBasedonSTC12C5A32ADCHENWei2feng,DENGXiao2yin,LVTian2wen(CollegeofPhysicsScienceandTechnology.YangzhouUniversity,Yangzhou225002,China)Abstract:Adesignbasedonmicro2controllerSTC12C5A32ADisintroducedbecauseofthe
3、demandofmonitoringthereal2timevoltageonpowergrid.Thissystemconsistsofthevoltagedataacquisitionmoduleandthedisplaymodule,whichcandisplaytherealtimeandreal2timevoltage.Itcontainsthefunctionsasbelow:warningwhenthevoltageisbe2yondthelimit,settingtheratioandsystemcoefficie
4、nt,andmakingstatisticsofthevoltage,etc.Keywords:voltagemonitoringinstrument;STC12C5A32ADmicro2controller;V/Fconvering;thevoltagestatistic和串行通信速度不太敏感的系统,可以使用内部的R/1系统设计2C振荡电路。内部集成32K的EPROM大大方便用采集模块以高性能微处理器STC12C5A32AD为户存储掉电不丢失的数据,并节省了相应的成本和IO核心,外围由信号变换、实时时钟、串行通信和大容量端口。由
5、于内部已经集成了独立的波特率发生器,此系串行存储器等电路构成,整个系统结构如图1所示。列单片机串行通信的速率可以不由内部定时器T1的溢出率来决定,这样可以让T1实现定时或者计数的功能。对于电压监测系统的测量精度主要取决于系统的前端采集部分。被监测的电网电压一般是220V左右的交流电,不能由单片机直接进行测量,先通过带缓冲器的降压器,降至3～4V的交流小信号,原理图如图2所示。图1单片机STC12C5A32AD是宏晶科技新推出的一款处理器,具有高速、低功耗、超强抗干扰等特点,速度是传统80C51的8～12倍。芯片内部集成了MAX81
6、0专用复位电路,2路PWM,8路高速A/D转换;内置掉电检测电路,省去了外部扩充掉电检测芯片;对于时钟图2收稿日期:2009-03作者简介:陈卫峰(1981—),男,硕士,研究方向为嵌入式系统。·42·仪表技术2009年第9期缓冲降压器的原理是通过运放OP07来实现的,V/F变换的电路图如图4所示。R12其输出的电压和测量电压之间的关系:Va=Vin·,R10Vin为测量的电压。从关系式可以看出,Va和Vin比例关系取决于R10和R12,在实际制作硬件电路时,选取温漂比较小的电阻,保证显示电压的稳定。降压之后的电压信号为交流小信号
7、,再通过真有效值转换芯片AD536转换成有效值相等的直流信号并输出,有效值转换电路图如图3所示。图4LM331的动态范围宽,可达100dB;线性度好,最大非线性度失真小于0.01%,工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性;变换精度高,数字分辨率可达12bit;外围电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成V/F变换电路,并且容易保证转换精度。LM331内部由输入比较器、定时比较器、复零晶体管、能隙基准电路、精密电流源电路、输出保护管等部分组成。根据上面的电路和数据手册可以得出LM331输出频率的计算公式:VbR2+R11FOUT=
8、··2.09VR4R5·C4图3由上式可以看出输出频率的大小取决于R1、R2、AD536是美国AD公司推出的一款14脚的真有R4、R5、C4的大小,这些阻容的温漂大小也就决定了输出频率的稳定度。在设计硬件电路时,电阻采用精度效值转换芯片,它可以对复
