专利名称：一种单通道分时复用采样电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种单通道分时复用采样电路，尤其是指应用于三相交流系统的交流采样电路。
背景技术：
目前，在工业控制领域普遍使用的集散系统一般分为三级过程级、监控级和管理 信息级。集散系统是将分散于现场的以微机为基础的过程监测单元、过程控制单元、图文操 作站及主机(上位机)集成在一起的系统。它采用了局域网技术，将多个过程监控、操作站 和上位机互连在一起，使通信功能增强，信息传输速度加快，吞吐量加大，为信息的综合管 理提供了基础。在监控级中，现场输入/输出设备产生的信号通过控制网传送至主控设备， 主控设备安装预定的算法处理，向输入/输出设备发出控制命令。管理信息级位于上层，通 过系统网与现场控制站通信，交换信息。交流采样装置位于输入/输出设备这一层，而在三相四线电力输送电网中，公知 的采样装置由三相采样电阻、放大器、采样保持电路、波形变换电路、A/D变换电路和单片机 组成。采样时，需要采样的综合电参数的原始信号有7个Ua、Ub、Uc、la、lb、Ic、10，据此 可计算出多个电参数，其中常见的如功率(P/Q/S)、电能(Wh/varh)、功率因数(cos)、线电 压(Vab/Vbc/Vca)等，这些参数均为关联信号，需要两个或两个以上的信号进行关联采样。现有的交流采样技术(多通道)存在以下缺点第一，原始信号有7个，就需要7 个通道，每个通道都需要与之相应的放大电路和抗混叠滤波电路，这样会造成输入电路复 杂；第二，通道间存在难以消除的离散性以及测量多路关联信号时异步采样所导致的测量 结果不精确都会给交流采样带来一定的影响；第三，输入信号多，元器件的工作状态往往发 生较大变化，会发生一系列漂移，不可避免的产生难以修正的误差，造成仪表无法继续正常 使用；第四，可以实现信号多级放大，如果多通道要实现这样的功能，就需要每个通道都加 多级放大电路，使硬件电路更加复杂。
实用新型内容本实用新型目的在于克服现有技术的不足，提供一种采样电路来保证采样的信号 实时、精确度高、可靠性强，设计趋于简单化。本实用新型解决现有技术的技术方案是一种单通道分时复用采样电路，采用单 通道的方法，克服了现有技术多通道电路复杂化问题，简化了电路。本实用新型的电路依次由模拟开关U1、可编程放大电路、抗混叠滤波电路、带A/ D的单片机U5连接组成，带A/D的单片机U5控制模拟开关Ul和可编程放大电路。多路电 流电压强电信号由互感器转化成弱电信号进入模拟开关U1，模拟开关Ul的二进制输入端 A、B、C在带A/D的单片机U5控制下，使得原始信号Ua、Ub、Uc、la、lb、Ic、IO在模拟开关 Ul的各通道有序导通，一次只采集同相电流电压信号，原始信号变为单通道信号送至可编 程放大电路输入端口。可编程放大电路由正常信号放大电流及弱信号放大电路顺次连接而成，正常信号放大电路包括运算放大器U3及由电阻组成的外围电路，弱信号放大电路包括运算放大器U4、模拟开关U2及由电阻组成的外围电路。多路弱信号进入可编程放大电路 后，带A/D的单片机U5根据上次采样值控制模拟开关U2选择放大倍数，实现小信号分级别 放大，而干扰源并没有得到放大，提高了小信号的采样精度。经过分级放大的信号输出端与 抗混叠滤波电路相接，滤除高频信号。抗混叠滤波电路由电阻R7、电容C5组成。滤除高频 的信号后送至单片机U5的A/D端口进行采样。与现有技术相比，本实用新型的有益效果为第一，将原有技术的多通道电路改为 单通道电路，分时复用，大大简化了电路；第二，多通道改为单通道后，避免了通道间的离散 型，减少了由于测量多路关联信号时异步采样所导致的不精确；第三，分时采集数据程序、 计算电流电压有效值并根据电流电压值选择放大倍数、计算功率、功率因数、频率等参数程 序，提高了测量的精确度。
图1是本实用新型原理框图；图2是本实用新型电路原理图。
具体实施方式
本实用新型的设计方案在于克服现有技术的不足，提供一种单通道分时复用采样 电路来代替现有技术的多通道采样电路，以保证采样的信号实时、精确度高、可靠性强，使 设计趋于简单化。下面结合实施例参照附图进行详细说明，以便对本实用新型的技术特征 及优点进行更深入的诠释。本实用新型的原理框图如图1所示，电路依次由模拟开关U1、可编程放大电路、抗 混叠滤波电路、带A/D的单片机TO连接组成，带A/D的单片机TO控制模拟开关Ul和可编 程放大电路。带A/D的单片机U5控制模拟开关Ul和可编程放大电路，模拟开关Ul的各通 道开关在带A/D的单片机TO的控制下有序导通，一次只采集同相电流电压信号，改原始信 号为单通道信号，单通道信号进入可编程放大电路放大信号，然后由抗混叠滤波电路滤除 高频信号，送至带A/D的单片机U5采样，完成对信号的采样。下面结合电路原理图进一步说明，如图2。多路电压电流强电信号由互感器转化 成弱电信号，带A/D的单片机U5控制的二进制输入端A、B、C，使得原始信号Ua、Ub、Uc、la、 Ib、Ic、I0在模拟开关Ul的各通道有序导通，一次只采集同相电流电压信号，同相电流电压 信号分别采样64点，原始信号变为单通道信号送至可编程放大电路输入端口。单片机定时 器Tl每隔(电网周期/128)时间控制一次模拟开关U1，使该相电压、电流信号交替经过模 拟开关Ul进入可编程放大电路。可编程放大电路由正常信号放大电流及弱信号放大电路顺次连接而成，正常信号 放大电路包括运算放大器U3及由电阻组成的外围电路，弱信号放大电路包括运算放大器 U4、模拟开关U2及由电阻组成的外围电路。多路弱信号进入可编程放大电路后，因为单片 机A/D精度有限，测量小信号精度低，为了提高精度，单片机根据上次电压电流的有效值控 制U2选择合适的放大倍数，实现小信号分级别放大，而干扰源并没有得到放大，提高了小 信号的采样精度。[0015]经过分级放大的信号输出端与抗混叠滤波电路相接，滤除高频信号。抗混叠滤波 电路由电阻R7、电容C5组成。这个电路主要功能是滤除采样频率以上的高频信号，避免高 频信号对有效测量信号影响。电流电压信号滤除高频信号后送至单片机TO的A/D端口进行采样和计算电压电流的有效值。
权利要求一种单通道分时复用采样电路，依次由模拟开关、可编程放大电路、抗混叠滤波电路、带A/D端口的单片机连接组成，其特征在于带A/D的单片机U5控制模拟开关U1和可编程放大电路，模拟开关U1的各通道开关在带A/D的单片机U5的控制下有序导通，一次只采集同相电流电压信号，改原始信号为单通道信号，单通道信号进入可编程放大电路放大信号，然后由抗混叠滤波电路滤除高频信号，送至带A/D的单片机U5采样，完成对信号的采样。
2.根据权利要求1所述的一种单通道分时复用采样电路，其特征在于模拟开关Ul由 芯片ICl组成，带A/D的单片机U5控制模拟开关Ul的二进制输入端A、B、C，使得原始信号 Ua、Ub、UC、Ia、Ib、IC、IO在模拟开关Ul的各通道有序导通，一次只采集同相电流电压信号， 原始信号变为单通道信号。
3.根据权利要求2所述的一种单通道分时复用采样电路，其特征在于所述的单通道 信号输出端接可编程放大电路实现分级放大，可编程放大电路由正常信号放大电流及弱信 号放大电路顺次连接而成，正常信号放大电路包括运算放大器U3及由电阻组成的外围电 路，弱信号放大电路包括运算放大器U4、模拟开关U2及由电阻组成的外围电路。
4.根据权利要求3所述的一种单通道分时复用采样电路，其特征在于所述的经过分 级放大的信号输出端与抗混叠滤波电路连接，滤除高频信号，抗混叠滤波信号电路由电阻 R7、电容C5组成。
5.根据权利要求4所述的一种单通道分时复用采样电路，其特征在于所述的经过滤 波的信号输出端与带A/D单片机U5连接，实现对信号的采样和计算。
专利摘要本实用新型所公开的一种单通道分时复用采样电路，依次由模拟开关、可编程放大电路、抗混叠滤波电路、带A/D的单片机连接组成，带A/D的单片机控制模拟开关和可编程放大电路。模拟开关各通道开关在带A/D的单片机的控制下有序导通，一次只采集同相电流电压信号，原始信号变为单通道信号，单通道信号经过放大电路放大信号，然后由抗混叠滤波电路滤除高频信号，送至带A/D的单片机采样。本实用新型克服了现有采样方法的多通道化，巧妙地采用单通道代替多通道，使得多个原始信号共用一套放大电路和抗混叠滤波电路，大大简化了电路，利用软件编程提高采样的精确度，从而提高了采样信号的实时性、精确性、可靠性。
文档编号G01R19/25GK201589810SQ20102002663
公开日2010年9月22日 申请日期2010年1月12日 优先权日2010年1月12日
发明者李桂友, 汤晓宇, 邓大智, 龙斌 申请人:河源市雅达电子有限公司