雷击计数器设计方案

1、雷击计数器设计方案设计技术要求：请设计一款雷击计数器产品，查找相关资料，写出设计方案，绘出初步 原理图（包括前端采集电路，AD转换，MPU，LED显示等相关部分），主体程 序和详细的注释。以U盘形式保存结果，结果中包含所查找的资料，设计方案， 原理图，程序。MPU，LED等各种器件自选。具体设计方案：本设计方案是基于天津市中力防雷技术有限公司提供的初始技术要求，而制 定本方案，在整个设计的过程中，并未将此设计作为技术能力测试而进行考虑， 而是将其作为一种防雷方面的产品进行。由于对防雷领域涉入不深，因此必然会 存在很多不足的地方，加之前一段时间出差，所以在时间上相对紧张。本设计方 案从实际的应用

2、角度出发，将原LED显示部分更改为液晶（LCD）显示，同时 增加了实时时钟用于记录发生雷击的具体时间，增加了 FLASH存储器，用于保 存雷击发生的时间、强度信息，便于今后进行分析。扩展了 RS232接口，可用 于读取FLASH存储器中雷击的信息，同时可通过RS232通讯接口与GPRS系统 相连接，便于将来进行组网。这样可以将某个地区的雷区分布、雷击发生时间、 雷击强度等信息进行汇总、分析。根据上述思路设计了两个实施的技术方案，其一是采用通用的AT89C51为 MCU，其二是采用将FPGA内嵌入MCU的方式，从技术的先进性应该是后者 更具有竞争力，但相应增加一定的成本。由于时间的关系，本次采用

3、AT89C51 为MCU的方式进行设计，并绘出了电路原理图，软件编程基本完成了 80%左右 其中的大部分程序在硬件上通过。由于时间仓促不足之处请谅解。雷击计数器设计的关键技术：雷电是自然界中常见的放电现象其雷电电流很大、电压很高，通常雷电电流 的幅值变化范围从几kA几百kA、传统带铁心的电流传感器频带较窄、饱时输出 信号波形畸变严重,不适宜雷电流测量。一个雷电波形的上升沿一般在10 S以上.整个雷电的放电波形一般在几十 微秒到上百微秒之间，图一是雷电放电波形示意图。因此解决电流传感器及高速 A/D转换芯片是设计雷击计数器的关键。雷击电漏旃棺峰值一 t雷击电漏旃棺峰值一 t雷击电流与时间关系曲线

4、根据资料的查找及相关知识的学习，目前普遍米用罗氏线圈（Rogowski）作 为大电流传感器。因此本设计在电流传感器方面选用罗氏线圈，但需解决的问题 很多，需要专业的生产厂家进行了解，最后确定型号、参数等技术要求。在A/D转换方面，选用了美国模拟器件公司（Analog Devices）生产的低功 耗10位高速串行A/D转换器AD7810。该产品具有内部时钟。它的外围接线极其 简单，转换时间为2煦，采用标准SPI同步串行接口输出和单一电源（2.7V5.5V） 供电。在自动低功耗模式下，该器件在转换吞吐率为1kSPS时的功耗仅为27pW， 因此特点适合于便携式仪表及各种电池供电的应用场合使用。雷击计

5、数器组成框图以AT89C51为MCU的雷击计数器原理框图见图（二）图（二）图（二）雷击计数器设计方案一AD变换电流传感器以FPGA嵌入MCU的雷击计数器原理框图见图（三）LCD显示部分电流传感器外 部存储器LCD显示部分电流传感器外 部存储器图（三）雷击计数器设计方案二简要工作原理本雷击计数器以AT89C51单片机为核心，实时检测、记录雷击发生的时间、 雷击电流强度等信息，可通过GPRS扩展组网进行工作。电流传感器（罗氏线圈） 实时感应雷击电流，通过外部积分电路、A/D转换电路，将雷击大电流转换为与 之具有对应关系的05V低压信号，并通过中断的方式由AT89C51单片机进行处 理，将处理后的数

6、据通过LCD进行显示，并保存到FLASH存储器中以备查询，同 时可通过按键设置时间、日期确保记录的准确性，也可通过按键查询雷击的历史 记录。本雷击计数器的计数范围最大99次，可重复记录。采用外部DC9V交流适 配器进行供电。雷击计数器软件说明雷击计数器的软件部分用MCS51汇编语言编写，采用模块化设计，便于阅 读、维护及升级。图（四）是主程序的软件流程图，图（五）是按键处理程序的 软件流程图，图（六）是外部中断0处理程序的软件流程图。其详细程序见文件 目录的雷击计数器程序（MCS1 ）目录中的文件。图（四）雷击计数器主程序流程图是否有键按下？YESYESYES退出键盘处理程序退出键盘处理程序v

7、返回主程序设置#键处理光标键处理数据减”键处理数据加键处理退出键盘处理程序退出键盘处理程序是否有键按下？YESYESYES退出键盘处理程序退出键盘处理程序v返回主程序设置#键处理光标键处理数据减”键处理数据加键处理退出键盘处理程序退出键盘处理程序读键值数据图（五）雷击计数器按键处理程序流程图图（六）雷击计数器外部中断INT0处理程序流程图雷击计数器原理图图（七）雷击计数器电路原理图元器件清单FI：SETradO. 23. 6VDCJACK柔性罗氏线圈R15805104805200R17805805R18805R168057805POWERRADOL 2R19805T0252TSSOP-28DI

8、P-40SOJ-20805WJ8AXIALO. 4SOJ-28805S0J16EEETAPKTALSIP16805471-1FC20100K104104C9, CIO. Cll. Cl2Cl3. Cl4, Cl.5. Cl9R3, RIO. Rll. R12. R13470iiF-CIS C21xT29C256xT89C511. 5K74HC3732. 2K74LS004. 7KDS13374. 7K7279xlil202E10KR14OPA33510KSMC1602x（LCD）LCD12MHzXTAL1TLC154932.768KHZXTAL3DB9RS232DB9/MFI：SETradO.

9、 23. 6VDCJACK柔性罗氏线圈R15805104805200R17805805R18805R168057805POWERRADOL 2R19805T0252TSSOP-28DIP-40SOJ-20805WJ8AXIALO. 4SOJ-28805S0J16EEETAPKTALSIP16805471-1FC20100K104104C9, CIO. Cll. Cl2Cl3. Cl4, Cl.5. Cl9R3, RIO. Rll. R12. R13470iiF-CIS C21xT29C256xT89C511. 5K74HC3732. 2K74LS004. 7KDS13374. 7K7279xl

10、il202E10KR14OPA33510KSMC1602x（LCD）LCD12MHzXTAL1TLC154932.768KHZXTAL3DB9RS232DB9/M15P雷击计数器硬件调试硬件调试可通过MCS51系列仿真器进行，通用的部分比较简单（LCD、 RS232、键盘、A/D转换）可直接调试。但此项目设计瞬间大电流的采样，因此 不可能直接在现场对雷击进行试验，一是不安全，同时也是不科学的。可通过雷 击浪涌发生器进行模拟调试，图（八）是一种雷击浪涌发生器的性能、参数介绍搽合波U -6kV0-5k；使用环境温度:15*C -35X：用对湿探二10 -75% 火气压J= 85 -诚kPa隅合去耦

11、网络图（八）雷击浪涌发生器性能、参数）电源单州 AC 舞 W I搽合波U -6kV0-5k；使用环境温度:15*C -35X：用对湿探二10 -75% 火气压J= 85 -诚kPa隅合去耦网络图（八）雷击浪涌发生器性能、参数）电源单州 AC 舞 W I。 1 50/60IIZ输出L电泳M沛触发模冬同儿触能相移4、项&，浪沛吱叫次数H涌发5隔if，列30-9999s1.SG如06山山浪制发生器川J抨估电备电诲技和内部连檬雄在纾受形11升关切明及H然界宙击所引起的俑能M褂哽I扰时的性能快供 个右带.该发簿器ffjci大蝠出电II. UiklOkL iwfli危指标抑fJECfilOOO-4 5和GH T 1762