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有一個(gè)產(chǎn)品，用于魚(yú)塘增氧泵的遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過(guò)4G移動(dòng)通信模塊連接到服務(wù)器。
將采集到的增氧泵的工作電流、電壓實(shí)時(shí)發(fā)送給服務(wù)器。
通過(guò)對(duì)電流、電壓的判斷進(jìn)行故障保護(hù)。
用戶可隨時(shí)遠(yuǎn)程查看增氧泵的電壓、電流等工作狀況，并可以遠(yuǎn)程啟停。
當(dāng)發(fā)生各種故障時(shí)，以及發(fā)生停電事件時(shí)，可以即時(shí)給用戶撥打電話。
一般來(lái)說(shuō)，魚(yú)塘動(dòng)輒幾十上百畝，這么大的魚(yú)墉使用的增氧泵數(shù)量比較大。
因此，能控制的增氧泵數(shù)量越多，控制器越有競(jìng)爭(zhēng)力。
對(duì)于一路控制，需要至少檢測(cè)4路電流（包括三相電流以及零序電流），每一路電流的檢測(cè)都需要有電流互感器、采樣電流、信號(hào)調(diào)理電路，保護(hù)電路等等，需要一大堆的電子元器件。
傳統(tǒng)的做法如下：
傳統(tǒng)的市電電流檢測(cè)電路
在這個(gè)電路中，交流互感器CT1感應(yīng)的電流經(jīng)過(guò)電阻R6采樣成電壓。
再經(jīng)過(guò)運(yùn)放U3A,U3B以及二極管D1,D3等器件構(gòu)成的精密絕對(duì)值電路，將輸入的負(fù)電壓轉(zhuǎn)換為正電壓。
再經(jīng)過(guò)R2、C1等器件構(gòu)成的低通濾波器，濾成直流。
其中R5、D2用于輸入端口保護(hù)，以及避免輸入電壓超過(guò)VREF電壓時(shí)對(duì)ADC的精度造成影響。
這個(gè)電路有幾個(gè)缺點(diǎn)：
1)運(yùn)放需要雙電源供電，需要增加一個(gè)負(fù)電源的電路和成本。
2)精密絕對(duì)值電路需要兩個(gè)運(yùn)放，和包括電阻、二極管、電容在內(nèi)的至少7個(gè)器件。
3)采用平均值法測(cè)量電流，再通過(guò)正弦信號(hào)的有效值和平均值的轉(zhuǎn)換關(guān)系，換算出有效值，而不是真正通過(guò)積分算出來(lái)的真有效值。在市電有諧波時(shí)，與真有效值表的讀數(shù)有比較大的偏差。
我們經(jīng)過(guò)反復(fù)考慮，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了以下的電路：
創(chuàng)造性的電路改進(jìn)
這個(gè)電路的思路在于，通過(guò)運(yùn)放將采樣的電流信號(hào)放在到合適的幅度，通過(guò)運(yùn)放同相端輸入的正電壓將交流信號(hào)抬升到0V以上，到MCU工作電壓的一半，約為1.65V。
MCU/DSP在市電的一個(gè)周期20ms內(nèi)，等間隔采樣n個(gè)點(diǎn)，采用真有效值的計(jì)算方法計(jì)算電流的真有效值。
有以下優(yōu)點(diǎn)：
1)采用可以單電源供電的運(yùn)放LM224，節(jié)省了一個(gè)運(yùn)放；
2)只需要對(duì)交流信號(hào)放大，不需要復(fù)雜的絕對(duì)值電路，復(fù)雜的運(yùn)算由軟件算法實(shí)現(xiàn)。
每一路的信號(hào)調(diào)理電路只需3個(gè)元器件(2個(gè)電阻和1 個(gè)電容)，比傳統(tǒng)絕對(duì)值電路少了4個(gè)元器件和1個(gè)運(yùn)放)。
3)由于外殼尺寸的限制以及成本的限制，PCB板的位置寸土寸金。改進(jìn)之后，每一路器件所占用的面板不到改進(jìn)前的1/4。
4)運(yùn)放LM224采用5V電壓供電，其滿幅度輸出電壓為5V-1.4V=3.6V，不會(huì)超過(guò)MCU供電壓電3.3V+0.3V，不但省了1個(gè)保護(hù)二極管，而且比改進(jìn)來(lái)通過(guò)二極管做的輸入保護(hù)效果還更好。
在這個(gè)電路中，直流工作電平為：
3.3V/(R112+R76)R76(1+R1/R7)=3.3V/(2.2+47)2.2(1+47/4.7)=1.62V。
這樣可以做到輸入電壓信號(hào)的最大幅度。
當(dāng)市電電流為額定值5A真有效值時(shí)，采用2000:1的交流互感器，采樣電阻R6采用25R。
運(yùn)放輸出的額定交流信號(hào)為：
51.4142/200025(R1/R7)=1.76v峰峰值。
此時(shí)，輸入到MCU的電壓信號(hào)為
疊加在1.62V的直流電平上，峰峰值為1.76V的交流信號(hào)。
此時(shí)，最低輸入電壓為0.74V，最高輸入電壓為2.50V。
來(lái)源：物聯(lián)網(wǎng)全棧開(kāi)發(fā)
審核編輯：湯梓紅
工商網(wǎng)監(jiān)
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