一種智能脫扣器數據采集系統硬件設計
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3 多路轉換開關
設計中，需要對3 路電壓、4 路電流總共7 路信號進行采樣，并將采樣信號送入LPC 2294 A/D口。若占用微控制器7 個A/D 口，會造成資源的浪費。因此，應用多路轉換開關，使得多路輸入模擬量經過多路轉換開關的切換，共用1 個A/D口。多路轉換開關電路如圖8 所示。其中，第11、10、9 管腳分別接LPC 2294 的I /O 口，利用I /O口不同的輸出信號選通輸入模擬量;13、14、15腳，12、1、5、2 腳分別為3 路電壓、4 路電流的輸入。
多路轉換開關電路
圖8 多路轉換開關電路
4 鎖相環部分
電力系統的信號頻率在50 Hz 附近波動，若采用定時采樣，使得采樣頻率保持恒定，電網頻率一旦發生波動，就不能保證采樣數據的準確有效。
而動態采樣可以實時跟蹤電網頻率，根據頻率變化自行調整采樣頻率，尋找到精確的相位，確定采樣點。本設計利用鎖相環，實現動態采樣、跟蹤電網頻率。倍頻電路倍頻電網頻率后，將信號送入智能斷路器的微控制器LPC 2294 的外部中斷引腳來停止、起動采樣，嚴格保證了采樣數據的正確。
CD 4046 是通用的CMOS 鎖相環集成電路，其電源電壓范圍寬，輸入阻抗高，動態功耗小，屬于微功耗器件。因此，本設計應用CD 4046 構成鎖相倍頻電路。CD 4046 輸入端需方波信號，利用鎖相環前期整形電路，將交流信號轉變為方波型號;然后利用低通濾波器所構成的完整鎖相環電路完成頻率跟蹤。74LS 393 雙四位異步清零的二進制計數器構成分頻器，將其級聯實現64 倍頻。另外，鎖相環電路外接發光二極管，通過發光二極管可以很方便的看出環路入鎖失鎖狀態。鎖相環芯片工作原理圖如圖9 所示，鎖相環鎖相倍頻電路如圖10 所示。圖11( a)、圖11( b)、圖11(c)分別為實際降壓后電網信號，輸入鎖相環信號，鎖相環鎖相倍頻后信號在示波器顯示圖像。
鎖相環芯片工作原理圖
本文引用地址：http://www.j9360.com/article/195128.htm
圖9 鎖相環芯片工作原理圖。
實際降壓后電網、輸入鎖相環、鎖相環鎖相倍頻后信號的示波圖形
圖11 實際降壓后電網、輸入鎖相環、鎖相環鎖相倍頻后信號的示波圖形。
5 結語
本設計完成了電網信號采集，將電流采樣環節的3 路信號、電壓采樣環節3 路信號以及剩余電流采樣環節信號送入多路轉換開關，利用多路裝換開關對采樣信號選通，最后送入微控制器LPC 2294;同時，應用鎖相集成芯片CD 4046 鎖相倍頻輸入信號，倍頻后信號作用于微控制器中斷引腳產生中斷，以此來實現對信號實時采樣。基于ARM 智能斷路器數據采集系統具有高速度、高精度的特點，且適用于智能斷路器此類要求高速、高精的各種智能儀器的采樣中。
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