交直流電壓表信號采樣的隔離電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型揭示了一種交直流電壓表信號采樣的隔離電路，由輸入信號衰減電路、前級單片機、光耦隔離電路和后級單片機構成，其中前級單片機為自帶12bit分辨率AD采樣形成四位8421BCD碼數字數據的EM78P372N單片機，且前級單片機經光耦隔離電路數據通信至后級單片機，后級單片機為解譯8421BCD碼數字數據獲得電壓采樣信號的PIC16F883單片機。將被測信號進入電壓衰減電路后直接送到低成本EM78P372N單片機進行12Bit分辨率AD采樣，將采樣后的數字量自定義通信協議與電表的后級單片機進行數據通信，實現了利用光耦的數字隔離，提高電表的安全性。應用本實用新型的隔離電路數據傳輸精確率達100%，且電路設計合理、準確率高、成本低、安全性能好。
【專利說明】交直流電壓表信號采樣的隔離電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種利用單片機實現電表信號采樣隔離方案，屬于電子設備控制領域。
【背景技術】
[0002]為了提高智能電表高壓工作時的電氣安全特征，越來越多的電表生產廠家在設計時采取了輸入信號隔離采樣電路。通過了解，目前市面上的數顯電壓表需要同時兼容交直流兩種電壓信號的測試，對于交流電壓的隔離取樣通常會采用霍爾傳感器、電壓互感器、光電耦合器這樣幾個部件，但如果兼顧直流電壓的隔離取樣這些部件的設計就會存在著缺點。
[0003]霍爾傳感器加上適當的輸出放大電路雖然可以較好的完成電壓的測量，但由于該傳感器是電流傳感器，影響輸入電壓的精度，會導致采樣準確度降低，而且該傳感器價格較為昂貴，設計成本較高；電壓互感器或者變壓器在測交流信號時固然可以實現電壓的隔離采樣，但是在體積和成本因素的影響下發展受到了一定的制約，特別是在測直流信號時，考慮到要將直流信號變成交流信號再用該方法進行隔離，更加增加了電表的體積、重量和成本，而且很容易產生干擾；利用光電耦合或光電耦合補償放大器來進行信號的隔離，盡管設計成本和產品體積比較前兩者都有優勢，但光電耦合的線性區很小，限制了隔離信號的變化范圍，難以滿足隔離線性度及精度的要求；電壓轉調頻脈沖采樣方案是巧用頻率變換器，先把待測電壓經過頻率轉換器變成頻率信號，再由光耦進行隔離，把得到的頻率送給后級的單片機計算出相應的電壓。理論上講，它比把直流變交流再用測量變壓器進行隔離來得簡單、體積小、可靠，但該方案處理過程較為復雜、成本較高，而且光耦的線性度也很難控制。
實用新型內容
[0004]鑒于上述現有技術的不足，本實用新型的目的是提出一種交直流電壓表信號采樣的隔離電路，解決交直流電表的精度、成本、體積問題。
[0005]本實用新型的上述目的，其得以實現的技術解決方案是:交直流電壓表信號采樣的隔離電路，其特征在于:所述隔離電路由輸入信號衰減電路、前級單片機、光耦隔離電路和后級單片機構成，其中所述前級單片機為自帶12bit分辨率AD采樣形成四位8421BCD碼數字數據的EM78P372N單片機，且前級單片機經光耦隔離電路數據通信至后級單片機，所述后級單片機為解譯8421BCD碼數字數據獲得電壓采樣信號的PIC16F883單片機。
[0006]進一步地，所述隔離電路設有一個受控于SDC602芯片、兩路獨立互不供地的+5V反激式隔離電源，一路副邊經速恢復二極管整流輸出+5V直流電壓接入后級單片機，另一路副邊通過可控精密穩壓源輸出+5V直流電壓接入前級單片機。
[0007]進一步地，所述前級單片機、光耦隔離電路、后級單片機間的數據通信具有傳送檢測端CT、時鐘端SCK和數據端DI三個接口。
[0008]進一步地，所述前級單片機為自動判斷輸入信號交直流類型且對輸入的交流信號進行峰值采樣形成四位842IB⑶碼數字數據的EM78P372N單片機。
[0009]應用本實用新型的隔離電路，其較之于傳統技術具有顯著優點:通過示波器測試本電路隔離前后的數據，數據傳輸精確率達100%，且本方案電路設計合理、準確率高、成本低、安全性能好，具有很好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型隔離電路的結構框圖。
[0011]圖2是本實用新型隔離電路的器件結構示意圖。
[0012]圖3是本實用新型所用反激式隔離電源的結構示意圖。
[0013]圖4是本實用新型隔離電路的控制流程圖。
【具體實施方式】
[0014]以下便結合實施例附圖，對本實用新型技術方案作進一步的詳細說明，以使本實用新型創新性、實用性更易于理解。
[0015]為了解決交直流電表的精度、成本、體積問題，在隔離電路的設計中通過實踐實驗，找出了一種交直流電壓表中信號采樣的高精度、低成本的隔離方案。如圖1所示系統的硬件主要分成兩個部分，分別是開關電源電路和單片機控制的隔離電路；該交直流電壓表信號采樣的隔離電路由輸入信號衰減電路、前級單片機、光耦隔離電路和后級單片機構成，其中前級單片機為自帶12bit分辨率AD采樣形成四位8421BCD碼數字數據的EM78P372N單片機，且前級單片機經光耦隔離電路數據通信至后級單片機，后級單片機為解譯8421BCD碼數字數據獲得電壓采樣信號的PIC16F883單片機。
[0016]另一方面，上述開關電源電路為隔離電路接設的一個受控于SDC602芯片、兩路獨立互不供地的+5V反激式隔離電源，一路副邊經速恢復二極管整流輸出+5V直流電壓接入后級單片機，另一路副邊通過可控精密穩壓源輸出+5V直流電壓接入前級單片機。
[0017]前級單片機、光耦隔離電路、后級單片機間的數據通信具有傳送檢測端CT、時鐘端SCK和數據端DI三個接口。
[0018]圖2設計的是一個兩路獨立互不供地的+5V電源供隔離前后的單片機使用，使用SDC602芯片控制的反激式隔離電源，如圖2所示，220V的交流市電經過整流橋后，得到接近300V的非隔離直流電壓，輸入電壓通過啟動電阻讓SDC602工作，從而SDC602進入PWM控制狀態，自身內部集成的高壓功率開關管產生開關信號，使得變壓器的原邊線圈不斷儲能，當內部開關管關斷后再通過變壓器的副邊線圈，將儲存的能量釋放，以TL431內部的2.5V為參考電壓，與電源分壓輸出的電壓比較，再通過光耦反饋到SDC602的2腳，不停調整SDC602方波脈寬，使得副邊上產生的電壓經過快恢復二極管整流后得到所需的5V直流電壓，供后級單片機PIC16F883使用；副邊的另一組線圈是不帶反饋的，直接通過TL431穩定在5V的直流電壓供前級單片機EM78P372N使用。
[0019]由于光電耦合的線性區很小，限制了隔離信號的變化范圍，利用光電耦合或光電耦合補償放大器來進行直流信號的隔離，難以滿足隔離線性度及精度的要求。本創作方案采用低價位的ELAN單片機，通過單片機內部自帶的12位AD采樣電壓，把采樣得到的電壓數字量通過光耦傳送主控單片機PIC16F883，由于巧妙地利用光耦的開關特性獲得邏輯電平數據，克服了光電耦合的線性區小的問題。
[0020]上述一種電表信號采樣隔離方案的設計，其控制流程如圖4所示，包括如下步驟:EM78P372N單片機上電后，先檢測輸入信號的交直流類型，直流直接進行12bit分辨率的AD采樣電壓值，交流要通過峰值采樣算法得到輸入信號的電壓值，再將電壓的數字值變成
4位8421BCD碼按照從低位到高位的順序進行數據發送，自定義波特率及通信協議，后級單片機通過光耦接收到前級單片機發過來的4位8421BCD碼，然后進行電表后面的數據處理。
[0021]通過示波器測試本電路隔離前后的數據，數據傳輸精確率達100%，且本方案電路設計合理、準確率高、成本低、安全性能好，具有很好的應用前景。
[0022]除上述實施例外，本實用新型還可以有其它實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型所要求保護的范圍之內。
【權利要求】
1.交直流電壓表信號采樣的隔離電路，其特征在于:所述隔離電路由輸入信號衰減電路、前級單片機、光耦隔離電路和后級單片機構成，其中所述前級單片機為自帶12bit分辨率AD采樣形成四位8421BCD碼數字數據的EM78P372N單片機，且前級單片機經光耦隔離電路數據通信至后級單片機，所述后級單片機為解譯8421BCD碼數字數據獲得電壓采樣信號的PIC16F883單片機。
2.根據權利要求1所述交直流電壓表信號采樣的隔離電路，其特征在于:所述隔離電路設有一個受控于SDC602芯片、兩路獨立互不供地的+5V反激式隔離電源，一路副邊經速恢復二極管整流輸出+5V直流電壓接入后級單片機，另一路副邊通過可控精密穩壓源輸出+5V直流電壓接入前級單片機。
3.根據權利要求1所述交直流電壓表信號采樣的隔離電路，其特征在于:所述前級單片機、光耦隔離電路、后級單片機間的數據通信具有傳送檢測端CT、時鐘端SCK和數據端DI三個接口。
4.根據權利要求1所述交直流電壓表信號采樣的隔離電路，其特征在于:所述前級單片機為自動判斷輸入信號交直流類型且對輸入的交流信號進行峰值采樣形成四位8421BCD碼數字數據的EM78P372N單片機。
【文檔編號】G05B19/042GK203965864SQ201420363719
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月3日 優先權日:2014年7月3日
【發明者】蔡成煒, 吳振英, 孟桂芳, 周步新 申請人:蘇州工業職業技術學院