- 一款整體智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　3 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)

　　設(shè)計(jì)中，需要對3 路電壓、4 路電流總共7 路信號進(jìn)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(fèi)。因此，應(yīng)用多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，使得多路輸入模擬量經(jīng)過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換，共用1 個A/D口。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)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(zhuǎn)換開關(guān)電路

　　圖8 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路

　　4 鎖相環(huán)部分

　　電力系統(tǒng)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(wǎng)頻率一旦發(fā)生波動，就不能保證采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效。

　　而動態(tài)采樣可以實(shí)時跟蹤電網(wǎng)頻率，根據(jù)頻率變化自行調(diào)整采樣頻率，尋找到精確的相位，確定采樣點(diǎn)。本設(shè)計(jì)利用鎖相環(huán)，實(shí)現(xiàn)動態(tài)采樣、跟蹤電網(wǎng)頻率。倍頻電路倍頻電網(wǎng)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(yán)格保證了采樣數(shù)據(jù)的正確。

　　CD 4046 是通用的CMOS 鎖相環(huán)集成電路，其電源電壓范圍寬，輸入阻抗高，動態(tài)功耗小，屬于微功耗器件。因此，本設(shè)計(jì)應(yīng)用CD 4046 構(gòu)成鎖相倍頻電路。CD 4046 輸入端需方波信號，利用鎖相環(huán)前期整形電路，將交流信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ吞?然后利用低通濾波器所構(gòu)成的完整鎖相環(huán)電路完成頻率跟蹤。74LS 393 雙四位異步清零的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成分頻器，將其級聯(lián)實(shí)現(xiàn)64 倍頻。另外，鎖相環(huán)電路外接發(fā)光二極管，通過發(fā)光二極管可以很方便的看出環(huán)路入鎖失鎖狀態(tài)。鎖相環(huán)芯片工作原理圖如圖9 所示，鎖相環(huán)鎖相倍頻電路如圖10 所示。圖11（ a）、圖11（ b）、圖11（c）分別為實(shí)際降壓后電網(wǎng)信號，輸入鎖相環(huán)信號，鎖相環(huán)鎖相倍頻后信號在示波器顯示圖像。

　　鎖相環(huán)芯片工作原理圖

　　圖9 鎖相環(huán)芯片工作原理圖。

　　實(shí)際降壓后電網(wǎng)、輸入鎖相環(huán)、鎖相環(huán)鎖相倍頻后信號的示波圖形

　　圖11 實(shí)際降壓后電網(wǎng)、輸入鎖相環(huán)、鎖相環(huán)鎖相倍頻后信號的示波圖形。

　　5 結(jié)語

　　本設(shè)計(jì)完成了電網(wǎng)信號采集，將電流采樣環(huán)節(jié)的3 路信號、電壓采樣環(huán)節(jié)3 路信號以及剩余電流采樣環(huán)節(jié)信號送入多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，利用多路裝換開關(guān)對采樣信號選通，最后送入微控制器LPC 2294;同時，應(yīng)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(chǎn)生中斷，以此來實(shí)現(xiàn)對信號實(shí)時采樣?；?a target="_blank">ARM 智能斷路器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有高速度、高精度的特點(diǎn)，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。