本文摘要：电压是电子与电力系统中最基本的测量元素之一，较慢精确地提供电压值仍然是数据采集与电子测量仪器研究的最重要内容之一。传统的指针式电压表具备精度较低、可用距离将近、功能单一等缺失，已不适应环境高速信息化的发展必须。目前市场上普遍用于的数字电压表智能化程度较低，测量电压时需手动转换量程，当量程自由选择不当时不会经常出现测量精度上升、乃至烧坏电压表的极端情况；而高精度的全量程无档数字电压表一般都使用了DSP、FPGA或CPLD等简单电路系统，硬件和软件构建成本较高。

电压是电子与电力系统中最基本的测量元素之一，较慢精确地提供电压值仍然是数据采集与电子测量仪器研究的最重要内容之一。传统的指针式电压表具备精度较低、可用距离将近、功能单一等缺失，已不适应环境高速信息化的发展必须。目前市场上普遍用于的数字电压表智能化程度较低，测量电压时需手动转换量程，当量程自由选择不当时不会经常出现测量精度上升、乃至烧坏电压表的极端情况；而高精度的全量程无档数字电压表一般都使用了DSP、FPGA或CPLD等简单电路系统，硬件和软件构建成本较高。

为此，笔者设计研制出了一种以单片机为掌控主体的智能交流直流电力数据采集系统，具备体积小、精度高、结构非常简单、用于与读数便利、性价比低、适应环境范围长等优点，有效地填补了上述各种电压表系统的缺点和弊端。　　1系统总体方案　　该电压数据采集系统主要由电压衰减器、量程切换及缩放电路、AC/DC切换电路、A/D切换电路、主控单片机STC89C52以及LCD表明电路等5个部分构成，其原理框图如图1右图。

电压衰减器和放大器将待测模拟信号电压值切换到AC/DC变换器的输出电压范围内，直流电压经波动缩放后不需作AC/DC切换；量程切换电路根据输出到A/D转换器的仿真直流电力大小，由单片机辨别后掌控继电器对波动缩放电路不作适当的调整，保证自由选择出有最佳量程；A/D切换由单片机启动，在软件中对收集到的数据不作数字滤波、标度转换和系统误差校准等处置后，根据电压类型标志位在LCD上表明测量值和电压类型。　　2系统硬件设计　　2．1电压波动、缩放和量程切换电路　　电压波动缩放和量程切换电路如图2右图。电阻R1～R5包含衰减系数分别为1、10、100、1000、10000的分压器，将被测输出电压Uin波动至0～200mV范围内并送往后端电路缩放、AC/DC切换(直流电力不须要切换)、A/D切换以及由单片机展开收集、处置与表明。

为了减少测量误差，分力电阻R1～R5皆搭配误差为0．5％的仪器金属膜电阻。量程的自由选择由单片机的P1．0～P1．4口线经反相器74HC04鼓吹相后掌控SPRAGUE公司的高耐压、大电流达林顿晶体管集成电路ULN2003的输出末端1B～5B，从而驱动电磁继电器K1～K5的触点电源吸合或断出去构建。交流电压与直流电力共用同一切换量程，K1～K5被独立国家吸合时对应的量程依序为200mV、2V、20V、200V、1000V(AC750V)。

若被测电压低于单片机原作的量程，单片机掌控适当的继电器线圈接上对信号展开波动，反之则缩放，以确保输出至AC/DC转换器和A/D转换器的信号不多达它们的工作电压范围。因被测电压不得而知，为防止电路被烧坏，初始量程不应原作为最低量程。

　　图2电压波动缩放和量程切换电路　　ULN2003芯片内部二极管负极公共末端COM接至阻抗电源+5V，对各继电器线圈起偏移续流起到。重新加入反相器74HC04的目的是避免单片机系统通电或废黜时，输出高压毋须压强必要转入后级弱电系统造成焚毁电路的情况。运放U3接成电压追随器形式，起隔绝前后地下通道的起到，并减少输出阻抗、提升带上阻抗能力。其中，R6、R7为限流电阻，避免因量程转换至各量程时导致过大的电流；D1、D2为双向限幅二极管，起过压维护起到。

运放A4和电阻R8、R9、R10连接成同互为比例电路，将波动成0～200mV范围内的信号缩放1O倍赠送给后面的AC/DC转换器AD637J(标称满量程为2V)展开交流/直流切换f直流不须要切换)。　　2．2AC/DC切换电路　　AC/DC切换电路如图3右图，由两片单通道单刀双抛掷(SPDT)仿真电源MAX14763已完成交流/直流电力地下通道的转换功能，一片高性能真为有效值TRMS(TrueRootMeanSquare)转换器AD637K已完成交直流电压切换功能。

　　图3AC/DC切换电路图　　MAX14763是+3．0V～+5．5V单电源供电器件，容许通过远超过其电源电压摆幅的25V范围内的双极性信号。导通电阻和导通溢电流最大值分别为2Q、100nA，较低的导通电阻和较宽频带(一3dB比特率为1O0MHz)使得其非常适合于数字和模拟信号转换场合的应用于。当张开电源S1开口时，MAX14763的SEL末端为低电平、C0M末端相连至A1，接上交流电压地下通道，对输出交流电压展开AC/DC切换；反之则接上直流电力地下通道，让直流输出电压必要转入后级电路。

　　AD637K是一款原始的高精度、单芯片皆方根直流(RMS-DC)转换器，可计算出来任何简单输出波形的真有效值TRMS而不用考虑到波形参数及失真度的大小，并获取等效直流输入电压。即：　　T为测量时间，VIN(t)为输出信号波形。可见，波形的真均方根值与信号功率必要涉及，因此比平均值整流信号更加简单。

AD637K的准确度为(0．25mV+0．05％RDG)．容许测量有效值200mV、频率最低约600kHz的输出信号以及有效值1V以上、频率最低约8MHz的输出信号。AD637K的最低满量程范围是有效值7V，由于有效值2V满量程范围需要为峰值输出(低波峰因素信号)获取更大的动态余量，所以波动缩放电路输入信号U1不应掌控在此范围内。电路中平均值电容C1用来设置均值时间，同时要求低频精度、输入纹波大小和平稳时间。

电位器RW1和RW2分别用来对输入调零和调幅，以使输入更加精确。　　2．3A/D切换电路　　A/D切换电路如图4右图，其中运放U8和电阻R14～R16包含同互为缩放电路，对前端输入的直流电压U2f2v)2倍缩放，将输出电压Uin的测量分辨率提升了一倍。

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