[实用新型]一种基于微控制器的交流信号采集电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于微控制器的交流信号采集电路，属于电力信号采集领域。

背景技术

在一些工业企业中，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，进一步进行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)=0.0196V，也就是其量化误差为q/2=0.0098V。假定直流信号测量值为0.2V~4V，测量值的最大和最小相对误差分别出现在0.2V和4V附近，即最大相对误差约为0.0098/0.2=4.9%，最小相对误差约为0.0098/4=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，为了保证电力参数的计算精度，在一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。

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采样端口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。 

附图说明

图1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

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

一种基于微控制器的交流信号采集电路的实施例

如图1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N1、继电器、运放N2、电压互感器、电容C1和电阻R1至R6，待采样的220V交流信号通过电压互感器和电阻R1连接运放N1的同相输入端，运放N1的反相输入端通过电阻R2和继电器与基准电源3.1V及运放N2的输出端相连，运放N1的输出端通过R6和C1构成的滤波单元与微控制器的A/D端口相连，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3.1V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R1、R2和R3相同，R4和R5相同，运放N2从基准电源3.1V得到4.65V；电压互感器将220V交流信号处理成-1.55V~1.55V的小幅值交流信号；运放N1反相端通过电阻R2接至基准电源3.1V，进一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口控制继电器，选通较小基准电源3.1V；

一旦采集的交流信号幅值大于或等于3.1V，微控制器继续采集电压数据，而一旦小于3.1V，则微控制器通过I/O口发出控制信号，驱动继电器吸合，将运放N1反相端通过电阻R2接至基准电源4.65V，继续采集数据；