《数据采集系统举例》PPT课件

智能脱扣器电网信号的数据采集系统,脱扣器是是在低压配电系统中用来处理故障的核心部件，可以在电网发生故障情况时分断电流。智能脱扣器要在电网发生故障的情况下快速分断整体电路，又要对电网信号的采集要准确、快速、无误，这样，智能脱扣器的核心微控制单元才能准确分析采集到的信号，正确判断电网是否故障。,下面分别介绍智能脱扣器电网信号的采集系统的硬件的3个部分：信号调理单元锁相环频率跟踪多路转换开关,整体设计方案,智能脱扣器数据采集系统结构框图如图所示。电网信号经过信号调理单元的电流、电压、剩余电流采集电路，送入多路转换开关，同时应用锁相环提供微控制器中断信号，利用微控制器LPC2294外部中断功能进行信号实时采样，最终将采样信号送入微控制器。,1、信号调理单元,信号调理单元包括电流采样、电压采样以及剩余电流采样。信号调理单元将7路输出信号:I1、I2、I3、U1、U2、U1、L送入多路转换开关，以备后续循环采样。信号调理单元包括以下4个部分：空心电流互感器电流采样电压采样剩余电流采样,1、1空心电流互感器,采用空心电流互感器输出的小电压信号就可以直接应用到后续电路。空心电流互感器结构图空心电流互感器由Rogowski空心线圈构成，是一种密绕于非磁性骨架上的空心螺线管。空心电流互感器结构如图2所示，其中Ix为被测信号电流，e(t)为空心电流互感器线圈输出电动势。,1、2电流采样,由空心电流互感器输出的小交流电压，需要经过调理电路才能输入微控制器的A/D(模数转换)单元。调理电路主要完成信号的滤波、放大、提升。交流采样电路如图所示其中，R1、C1为空心电流互感器后积分电阻和电容。将R1的输出电压经运放LM224U1A、U1B构成的放大电路进行放大，产生2.5V左右的交流电压。C3、R7、C4、R6实现了低通、高通滤波，其截止频率为1/2RC。,1、3电压采样,应用智能断路器对电网电压信号分析判断，在电网出现过电压、欠电压时及时分断系统连接，保护电网及用电器。交流电压采样电路如图5所示运放LM224U1A、U1B实现二阶滤波，U1C作为电压跟随器，实现了隔离，提高了输入阻抗，降低输出阻抗，提高了小信号带负载能力。电压采样实际中，观测图及其变化曲线与电流采样类似。,1、4剩余电流采样,剩余电流保护器用以对低压电网直接触电和间接触电进行有效的保护，以剩余电流作为动作信号，灵敏度高、动作后能有效地切断电源，保障人身安全。其中，输入电流信号为电网电流经过零序电流互感器输出信号，2个反向二极管防止大电流击穿，R1为采样电阻，将电流转化为电压信号。R2、C2构成RC低通滤波器，放大器将小电压信号放大。,2锁相环频率跟踪,利用锁相环，实现动态采样、跟踪电网频率。倍频电路倍频电网频率后，将信号送入智能断路器的微控制器LPC2294的外部中断引脚来停止、起动采样，严格保证了采样数据的正确。锁相环芯片工作原理图,锁相环芯片工作原理图,CD4046输入端需方波信号，利用锁相环前期整形电路，将交流信号转变为方波型号;然后利用低通滤波器所构成的完整锁相环电路完成频率跟踪。74LS393双四位异步清零的二进制计数器构成分频器，将其级联实现64倍频,3多路转换开关,设计中，需要对3路电压、4路电流总共7路信号进行采样，并将采样信号送入LPC2294A/D口。若占用微控制器7个A/D口，会造成资源的浪费。因此，应用多路转换开关，使得多路输入模拟量经过多路转换开关的切换，共用1个A/D口。多路转换开关电路如图8所示其中，第11、10、9管