一种电流信号检测装置的设计

1 2致谢...........................广西师范大学本科毕业论文(设计)学生诚信保证书................错误!未定义书一种电流信号的检测装置的设计检测就显得尤为重要。本文以STM32单片机为核心器件，TDA2030功率放大模块、3采用傅里叶变换是现阶段谐波测量的主要方法，将检测到的信号通过时域进行离散处通过将测量仪表串联在电路中直接测量，非接触是的测量是通过线圈感应来测量电流信号。通常采用的方式是将电流线路穿过互感器，然后通过感应获取电流信号，获取的模信号经过变换后被处理设备所捕获。电流信号通过放大和滤波4严重的交越失真，因此电路发热严重，容易烧损。。5以更加电路的工作状况自主选择休眠、停机和待机等模式。由此可以看出，STM32F103表2-1TDA2030A参数6参数名称极限值极限值电源电压(Vs)V输入电压(Vin)V差分输入电压(Vdi)V峰值输出电流(Io)A耗散功率(Ptot)(Vdi)W工作结温(Tj)℃存储结温(Tstg)℃图3-1为TDA2030A功放芯片及TL084运放芯片与STM32单片机结合的方案。首先电流小信号经过TDA2030构成的功率放大电路放大将其功率放用改进型FFT算法解析数据并绘制成TDASTMSTM32控制电路FFT数据分析路路波形及数据显示器电流互感器如图3-2所示，任意波形发生器输出的波形经过TDA2030A构成的功率放大电路放大将其功率放大经过10Ω电阻产生电压信号，电压信号通过电流互感器感应并检测处理电7一级1二级2三级3四级放大40功率放器波及据示形数显在硬件电路中，信号通过功放放大，然后通过电流互感器感应至运放放大电路中进行选择性通道放大，然后由STM32单片机采样数据处理分析，单片机接收信号之后，先进行AD转换，然后运用改进型的FFT算法处理[9]。最后将检测到的电流的幅度和频率等信息通过液晶屏详细地显示出来。硬件部分分为TDA2030功率放大电路、电流信号检测电路和单片机控制电路三个模块。3.2单片机控制电路本系统选用STM32F103R,它是一款以ARM单片机为基础的微型控制器，其存贮容量大，内置寄存器、AD转换模块、通信接口以及定时器等，可以满足多种功能的电路计算，具有强大的控制功能，可以对电路的基本信号和数据进行处理分析和控制。单片机作为微型控制器主要是其具有强大的软件性能，但是为了实现电路的功能，达到控制电路工作的目的，还需要配合其他外围电路来实现。如时钟电路、复位电路、电源模块等。其中时钟电路、复位电路和电源模块构成了的单片机最小系统，单片机最小系统既可以正常运行。然后配合输出和输出电路，就可以完成电路基本功能的实现[0]。(1)时钟电路时钟电路是单片机工作的基本功能模块，为电路提供时钟信号，该模块缺乏电路不能够正常的工作。本次设计中采用2个22pF电容和8MHZ石英晶振组成时钟电路，然后直接连接刀单片机的时钟信号输入端口。通常单片机的18和19引脚是作为时钟信号的输入IO口。外接时钟信号后，电路会查还是能脉冲信号，当电路正常工作的时候，获取时钟信号。电路如图3-3所示。822pf22pf图3-3时钟电路(2)复位电路0.luf图3-4复位电路图9的设计。通过调节RV1进行电路放大倍数的改变，通过二极管D2、D3的单相导通特性，图3-5功率放大电路如图3-6所示为电流信号检测模块电路图。采用线圈电流互感器感应并检测处理电压OPA336NA端，形成负反馈电路。通过C8稳压后输出，然后输入到单片机端。因此该电¥¥GND:4.3.5显示模块显示模块电路主要是以单片机的输出接口到液晶显示的电路，液晶显示屏可以通过输入端口的电压信号来改变显示的亮度。设计分压电路将电源进行分压收输入液晶显示屏。可以通过液晶显示屏的7和14输入管脚来控制显示内容，与单片机的P0.0-P0.7输出端口依次连接。单片机通过信号处理后将电流的频率和幅值信息编码后输入到液晶显示屏，显示屏通过解码后显示信息。显示模块电路如图3-7所示。图3-7液晶显示电路4系统软件设计4.1编译语言选择单片机作为微处理器其诸多功能可以通过编程来实现，单片机采用的编程语言包括CFFT算法变换结束图4-1系统主程序流程图从图4-1主程序流程图可以看出，电路的主程序设计比较简短主要是进行系统的初始换为电压信号，然后通过单片的AD转换模块，经过内部中断处理，算法变换得采集的输4.3液晶显示子程序设计显示电流采用液晶显示，通过程度的运行可以将采集到的信号实时的分布，将当前的电流信号幅值和频率显示出来。具体实现如图4-2所示。NYN与是否完成YNYNY图4-2显示程序流程图本次设计硬件方面采用性能优异的STM32系列单片机和集成功率放大模块，保证了用户可以直接在改系统上面搭建电路，然后将编译指库，使用者可以轻松的对程序进行调试，极大的缩减了条件的时间，提供效率的同时代理了便利。基于这些优点，本次设计采用Keil2进行程序的编译和调试，系统界面如图5-1指所示。工该软件操作方便，初学者可以通过简单的学习即可掌握。软件的使用主要是通过五个步骤来实现。首先是系统的界面熟悉，常用的到的功能主要有菜单、输出、工具栏和工程窗口。如果是初次进入可以新建工程，如果是对已经有的文件进行编译，则通过打开现有文件来进行编译；其次是进行程序的编写，通过源文件的编译后，加入到新建工程中。然后是通过软件的自检功能对程序进行初步的检查，如果是编译过程中有语法的错误，则可以在错误窗口中进行提示。编译这可以通过错误窗口的提示，迅速的的定位到错误处，然后进行相应的修改；最后完成程序的编译后，将编译好的程序文件下载到单片机中，通过调试达到程序与硬件的匹配。操作界面如图5-2所示。5.2系统测试及结果5.2.1测试方案(1)首先是进行硬件电路的查看，在电路上点前通过万用表查看是否有短路和虚焊的情况。因为短路会对电路造成致命性的破坏，尤其是电源的短路。检查没有短路和虚焊情况后可以上电调试。首先进行各个功能的测试。功能调试通过后，开始电流信号采样的调试。本调试方案中采用信号发生器进行电流信号的模拟，然后通过示波器来显示电流点好的输出测试。主要是看电流发生器的输出信号是否满足要求，其次看负载端的电流幅频情况。通过电路调节达到最佳的测试状态。(2)通过电阻调节电源稳定的输出±10V电压，然后将导线穿过电流互感器，然后他处处稳定的电流信号，通过电路的放大变化和计算处理之后输出，显示屏显示电流峰峰值和频率。系统实物如图5-3所示。5.2.2测试数据及结果(1)以自制电磁传感器检测电流信号的峰峰值。(2)以自制电磁传感器检测电流信号的频率。(3)系统运行情况如图5-4所示。调节电流信号发生器的电流频率分别为50Hz、200800mA和1000mA,用示波器观察输出值，测试图如下所示。图5-4系统实物运行图10k点10k点图5-5示波器波形输出图通过单片机系统多次调试，示波器电流输出结果如下表所示。表5-1峰峰值(10mA)测量结果及分析测量值频率(Hz)峰峰值(mA)误差(%)23212243频率(Hz)误差(%)11表5-2峰峰值(300mA)测量结果及分析测量值频率(Hz)峰峰值(mA)误差(%)频率(Hz)误差(%)11表5-3峰峰值(500mA)测量结果及分析测量值频率(Hz)峰峰值(mA)误差(%)频率(Hz)误差(%)11表5-4峰峰值(800mA)测量结果及分析测量值频率(Hz)峰峰值(mA)误差(%)频率(Hz)误差(%)11表5-5峰峰值(1000mA)测量结果及分析测量值频率(Hz)峰峰值(mA)误差(%)频率(Hz)误差(%)11参考文献[2]李宏亮,张清勇,继锋