摘要: 本套电流信号检测装置,可将任意波形信号发生器产生的信号,利用 LM1875功率放大器对其进行放大,从而实现在 10Ω 的电阻获得 10V 的电压峰峰值。电流传感器使用锰芯磁环和漆包线绕制而成,利用电流互感的原理来获取电流信号,通过接入电阻的方式将电流信号转换成电压信号。之后使用前级放大器对其放大,接着使用程控放大器再次进行放大,MCU 根据前级电路的电压峰值动态调整程控放大器的增益,从而实现了大量程的电流测量,比较器将任意波形信号转换成方波信号,输入给 MCU 进行频率的测量,ADC 实时采集电压波形并进行 FFT 运算,得到波形的频谱信息。最后使用 LCD 显示屏将电流信号的频率和峰峰值等信息显示出来。
1 .1 方案比较与选择
1.1.1 功率放大器
方案一:使用分立电子元件自行搭建,优点是频率特性比较好,输出功率可以做得很大,但缺点是电路比较复杂,设计起来比较麻烦,有可能会产生波形的失真。 方案二:使用集成功率放大芯片 LM1875,LM1875 是 TI 公司生产的 20W 功率放大器,可以单电源供电,而且供电范围较宽。外围电路比较简单,输出功率完全满足题目的要求。 故采用方案二。
1.1.2 电流检测电路方案
方案一:使用线圈获取电流信号,转换成电压信号后,进行初级放大,之后使用继电器切换接入的后级放大器,来实现量程的转换,使得小信号和大信号都能被放大到一个合适的范围。但是继电器产生的电磁效应会干扰感应线圈中的信号,导致测量出现问题。 方案二:获得电压信号并初级放大之后,使用峰值检测电路检测信号大小,同时将信号输入至程控放大器中,由 MCU 获得的峰值来确定程控放大器的放大倍数,实现了量程的自动选择。缺点是程序有些复杂,量程切换的阈值不好确定。
综合考虑,选用方案二。
1.1.3 MCU 选择
方案一:目前最流行的 MCU 是 STM32F1 系列的芯片,网上的资料也比较丰富。F103ZET6 具有的片内资源比较多,3 个独立 ADC,每个都有 16 个通道,工作频率为 72MHz,有充足的 GPIO 端口。 方案二:使用 STM32F767ZIT6,属于 Cortex M7 架构。最高工作主频 216MHz,同样集成了 3 个独立的 12 位 ADC 等功能,带有双精度浮点运算单元,可以通过硬件浮点运算单元进行数学运算,速度更快。 由于题目要求对任意波形做频谱分析,F767 做主控芯片,工作频率更高、运算速度快,可以大大降低单片机做 FFT 变换的时间,提高了系统的实时性与精确度,所以选择方案二。
原文转自:https://bbs.nuedc-training.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=81
|