有一個產(chǎn)品，用于魚塘增氧泵的遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過4G移動通信模塊連接到服務(wù)器。

將采集到的增氧泵的工作電流、電壓實時發(fā)送給服務(wù)器。

通過對電流、電壓的判斷進(jìn)行故障保護(hù)。

用戶可隨時遠(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，以及發(fā)生停電事件時，可以即時給用戶撥打電話。

一般來說，魚塘動輒幾十上百畝，這么大的魚墉使用的增氧泵數(shù)量比較大。

因此，能控制的增氧泵數(shù)量越多，控制器越有競爭力。

對于一路控制，需要至少檢測4路電流（包括三相電流以及零序電流），每一路電流的檢測都需要有電流互感器、采樣電流、信號調(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)的市電電流檢測電路

在這個電路中，交流互感器CT1感應(yīng)的電流經(jīng)過電阻R6采樣成電壓。

再經(jīng)過運放U3A,U3B以及二極管D1,D3等器件構(gòu)成的精密絕對值電路，將輸入的負(fù)電壓轉(zhuǎn)換為正電壓。

再經(jīng)過R2、C1等器件構(gòu)成的低通濾波器，濾成直流。

送入MCU/DSP的AD檢測口。

其中R5、D2用于輸入端口保護(hù)，以及避免輸入電壓超過VREF電壓時對ADC的精度造成影響。

這個電路有幾個缺點：

1)運放需要雙電源供電，需要增加一個負(fù)電源的電路和成本。

2)精密絕對值電路需要兩個運放，和包括電阻、二極管、電容在內(nèi)的至少7個器件。

3)采用平均值法測量電流，再通過正弦信號的有效值和平均值的轉(zhuǎn)換關(guān)系，換算出有效值，而不是真正通過積分算出來的真有效值。在市電有諧波時，與真有效值表的讀數(shù)有比較大的偏差。

我們經(jīng)過反復(fù)考慮，創(chuàng)造性地設(shè)計了以下的電路：

創(chuàng)造性的電路改進(jìn)

這個電路的思路在于，通過運放將采樣的電流信號放在到合適的幅度，通過運放同相端輸入的正電壓將交流信號抬升到0V以上，到MCU工作電壓的一半，約為1.65V。

MCU/DSP在市電的一個周期20ms內(nèi)，等間隔采樣n個點，采用真有效值的計算方法計算電流的真有效值。

有以下優(yōu)點：

1)采用可以單電源供電的運放LM224，節(jié)省了一個運放；

2)只需要對交流信號放大，不需要復(fù)雜的絕對值電路，復(fù)雜的運算由軟件算法實現(xiàn)。

每一路的信號調(diào)理電路只需3個元器件(2個電阻和1 個電容)，比傳統(tǒng)絕對值電路少了4個元器件和1個運放)。

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，不會超過MCU供電壓電3.3V+0.3V，不但省了1個保護(hù)二極管，而且比改進(jìn)來通過二極管做的輸入保護(hù)效果還更好。

在這個電路中，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的最大幅度。

當(dāng)市電電流為額定值5A真有效值時，采用2000:1的交流互感器，采樣電阻R6采用25R。

運放輸出的額定交流信號為：

51.4142/200025(R1/R7)=1.76v峰峰值。

此時，輸入到MCU的電壓信號為

疊加在1.62V的直流電平上，峰峰值為1.76V的交流信號。

此時，最低輸入電壓為0.74V，最高輸入電壓為2.50V。

來源：物聯(lián)網(wǎng)全棧開發(fā)

　　審核編輯：湯梓紅