一种带补偿的接触网电压数字测量方法及测量装置与流程

本发明涉及电气测量技术领域，尤其涉及一种带补偿的接触网电压数字测量方法及测量装置。

背景技术：

在轨道交通中机车供电为直流供电方式，即接触网供电，其原理是牵行所提供的35kv高压通过降压整流，转换成1500v的直流输送到接触网上，给机车提供动力电源；机车运行时，网压表实时检测接触网电压，保证机车正常供电和运行；机车配置电压互感器组件、整流组件和信号处理组件，从接触网获取网线电压参数，经信号变换与处理后，输出数值与网线电压成线性关系，符合工业标准0-10v电压，电压信号输送到网压表实现接触网电压测量与显示。

机车运行时，接触网提供大约10ka电流为机车供电，会产生强大电磁干扰，影响网压表测量精度；其次，网压表主控芯片选用内置a/d单片机，电源电压与a/d参考电压为同一电源，集成稳压器产生电源电压误差直接产生a/d变换误差，从而造成网压表测量误差。

鉴于此，为克服上述测量误差，提供一种带补偿的接触网电压数字测量装置及测量方法成为本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种带补偿的接触网电压数字测量装置及测量方法，抑制噪声，补偿测量误差，提高测量精度。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种带补偿的接触网电压数字测量方法，其特征在于，所述测量方法的步骤包括：

步骤a：设置单片机补偿输入端口的逻辑电平，所述补偿输入端口包括第一补偿输入端口和第二补偿输入端口，设置单片机补偿输入端口逻辑电平的方法具体为：

步骤a1：测量给单片机供电的供电单元的稳压值，获得稳压误差；

步骤a2：基于供电单元的稳压误差对单片机的补偿输入端口的逻辑电平st+和st-进行设置；具体为：若稳压误差小于1％，第一补偿输入端口的逻辑电平st+和第二补偿输入端口的逻辑电平st-均设置为高电平；若稳压误差为+(1％～2％)，第一补偿输入端口的逻辑电平st+设置为低电平，第二补偿输入端口的逻辑电平st-设置为高电平；若稳压误差为-(1％～2％)，第一补偿输入端口的逻辑电平st+设置为高电平，第二补偿输入端口的逻辑电平st-设置为低电平；

步骤b：接收接触网电压并除噪，得到输出电压；

步骤c：单片机对输出电压进行a/d变换及补偿；具体为：

步骤c1：单片机以单片机的电源电压为a/d参考电压对输出电压进行a/d变换获得a/d变换值a；

步骤c2：单片机根据a/d变换值a获得补偿值b，补偿值b＝a/100，补偿值b取整数；

步骤c3：单片机根据单片机补偿输入端口的逻辑电平、a/d变换值a和补偿值b获得a/d变换值a完成补偿后的电压测量值y；若第一补偿输入端口的逻辑电平st+和第二补偿输入端口的逻辑电平st-均为高电平，电压测量值y＝a/d变换值a；若第一补偿输入端口的逻辑电平st+为低电平，第二补偿输入端口的逻辑电平st-为高电平，电压测量值y＝a/d变换值a-补偿值b；若第一补偿输入端口的逻辑电平st+为高电平，第二补偿输入端口的逻辑电平st-为低电平，电压测量值y＝a/d变换值a+补偿值b；

步骤d：显示单片机输出的电压测量值y。

按以上方案，所述步骤a2中，单片机补偿输入端口连接有补偿电路，所述补偿电路包括第一排阻ra1和补偿电阻；所述补偿电阻包括第一补偿电阻r5和第二补偿电阻r6；第一排阻ra1一端连接于二次稳压单元输出端，第一排阻ra1另一端与第一补偿电阻r5和第二补偿电阻r6分别串联，所述第一补偿电阻r5和第二补偿电阻r6的另一端接地；所述第一排阻ra1与第一补偿电阻r5的中间接点连接于第一补偿输入端口，第一排阻ra1与第二补偿电阻r6的中间接点连接于第二补偿输入端口，通过连接或断开补偿电阻来实现短路与开路的控制从而对补偿输入端口的逻辑电平进行设置；具体为：若第一补偿输入端口的逻辑电平st+即第一排阻ra1与第一补偿电阻r5中间接点的逻辑电平需设为高电平，第一补偿电阻r5开路，则断开第一补偿电阻r5；若第一补偿输入端口的逻辑电平st+即第一排阻ra1与第一补偿电阻r5中间接点的逻辑电平需设为低电平，第一补偿电阻r5短路，则连接第一补偿电阻r5；若第二补偿输入端口的逻辑电平st-即第一排阻ra1与第二补偿电阻r6中间接点的逻辑电平需设为高电平，第二补偿电阻r6开路，则断开第二补偿电阻r6；若第二补偿输入端口的逻辑电平st-即第一排阻ra1与第二补偿电阻r6中间接点的逻辑电平需设为低电平，第二补偿电阻r6短路，则连接第二补偿电阻r6。

按以上方案，所述步骤b和步骤c之间还设有如下步骤：对输出电压进行阻抗匹配及滤波并输出至单片机。

如上述的带补偿的接触网电压数字测量装置的测量方法，所述接触网为机车提供动力电源，所述机车上设有直流操作电源，其特征在于：所述测量装置包括供电单元、补偿设置单元、抗干扰与电平转换单元、单片机和显示单元；所述抗干扰与电平转换单元和补偿设置单元连接于所述单片机的输入端，所述单片机的输出端连接显示单元；

所述供电单元输入端连接于机车的直流操作电源，供电单元输出端连接于补偿设置单元、单片机和显示单元的电源输入端；所述供电单元用于对机车的直流操作电源进行稳压并向补偿设置单元、单片机和显示单元提供稳压后的电源电压；

所述补偿设置单元包括数字万用表和补偿电路，所述补偿电路连接于单片机的输入端，所述单片机连接有补偿电路的输入端为补偿输入端口；所述补偿输入端口包括第一补偿输入端口和第二补偿输入端口；所述数字万用表用于实现步骤a1中对供电单元稳压误差的测量，所述补偿电路用于实现步骤a2中对单片机补偿输入端口逻辑电平st+和st-的设置；

所述抗干扰与电平转换单元输入端连接于接触网，输出端连接于单片机的输入端；所述抗干扰与电平转换单元用于实现步骤b中接收接触网电压并除噪，得到输出电压后传输至单片机；

所述单片机存储有程序，所述程序用于实现步骤c中单片机对输出电压的a/d变换及补偿；

所述显示单元的输入端连接于单片机的输出端，所述显示单元用于实现步骤d中对电压测量值y的显示。

按以上方案，所述测量装置还包括阻抗匹配与滤波单元，所述阻抗匹配与滤波单元串联连接在抗干扰与电平转换单元和单片机之间用于将所述抗干扰与电平转换单元输出的电压进行阻抗匹配及滤波并输出电压信号至单片机；阻抗匹配与滤波单元提高输出负载能力且进一步滤除了输出信号中的噪声。

按以上方案，所述供电单元包括dc-dc转换单元和二次稳压单元，dc-dc转换单元输入端连接于机车提供的直流操作电源，dc-dc转换单元输出端与二次稳压单元输入端相连，dc-dc转换单元接收直流操作电源并对其进行电压转换，转换后的电压经过二次稳压单元进行稳压及滤波，使输出的电压为稳定的直流电压；dc-dc转换单元输出端还与阻抗匹配与滤波单元电源输入端相连为阻抗匹配与滤波单元提供工作电压，二次稳压单元输出与单片机电源输入端、补偿设置单元电源输入端、显示单元电源输入端相连为单片机、补偿设置单元、显示单元提供电源电压；二次稳压单元包括集成稳压器u3，集成稳压器u3的型号为lm1117-5.0，集成稳压器u3产生≤2％稳压误差。

按以上方案，所述补偿电路用于实现步骤a2对补偿输入端口的逻辑电平的设置；所述补偿电路包括第一排阻ra1和补偿电阻；所述补偿电阻包括第一补偿电阻r5和第二补偿电阻r6；第一排阻ra1一端连接于二次稳压单元输出端，第一排阻ra1另一端与第一补偿电阻r5和第二补偿电阻r6分别串联，所述第一补偿电阻r5和第二补偿电阻r6的另一端接地；

所述第一排阻ra1与第一补偿电阻r5的中间接点连接于第一补偿输入端口，第一排阻ra1与第二补偿电阻r6的中间接点连接于第二补偿输入端口，通过连接或断开补偿电阻来实现短路与开路的控制从而对补偿输入端口的逻辑电平进行设置；

若断开第一补偿电阻r5，第一补偿电阻r5开路，第一排阻ra1与第一补偿电阻r5中间接点的逻辑电平即第一补偿输入端口的逻辑电平st+为高电平；若连接第一补偿电阻r5，第一补偿电阻r5短路，第一排阻ra1与第一补偿电阻r5中间接点的逻辑电平即第一补偿输入端口的逻辑电平st+为低电平；

若断开第二补偿电阻r6，第二补偿电阻r6开路，第一排阻ra1与第二补偿电阻r6中间接点的逻辑电平即第二补偿输入端口的逻辑电平st-为高电平；若连接第二补偿电阻r6，第二补偿电阻r6短路，第一排阻ra1与第二补偿电阻r6中间接点的逻辑电平即第二补偿输入端口的逻辑电平st-为低电平。

按以上方案，所述抗干扰与电平转换单元包括噪声抑制电路、电平转换电路和钳位电路；所述噪声抑制电路包括两个接触网采样电压输入端、共模电感l1、差模电容c1和c2、滤波电容c3和c4；所述电平转换电路包括分压电阻r1和r2，所述钳位电路包括稳压二极管d1；

差模电容c1与接触网采样电压输入端并联抑制接触网采样电压中的差模噪声，共模电感l1与接触网采样电压输入端串联抑制接触网采样电压中的差模噪声，共模电感l1输出端并联差模电容c2进一步抑制接触网采样电压中的差模噪声，共模电感l1输出端串联分压电阻r1和r2，分压电阻r1和r2对抑噪后的接触网采样电压进行电平转换；分压电阻r1和r2的中间接点得到输出电压，分压电阻r2分别与稳压二极管d1和滤波电容c4并联后接地，其中，稳压二极管d1正端接地用于钳位，防止信号过大；共模电感l1与分压电阻r1之间的节点串联滤波电容c3后接地，滤波电容c3和c4用于滤除交流成分，使输出的直流电压信号更平稳。

按以上方案，所述阻抗匹配与滤波单元包括运算放大器u1和低通滤波电路；运算放大器u1的同向输入端连接于分压电阻r1和r2的中间接点得到抗干扰与电平转换单元的输出电压，反向输入端与输出端相连配置成缓冲器，完成阻抗匹配和提高输出负载能力；正电源端连接于dc-dc转换单元输出端获得工作电压，正电源端还串联接地电容c5后接地，负电源端接地；低通滤波电路包括负载电阻r3和滤波电容c6用于进一步滤除信号中噪声，负载电阻r3一端连接于运算放大器u1输出端，另一端用于输出电压至单片机，负载电阻r3输出电压一端串联滤波电容c6后接地。

按以上方案，所述显示单元包括均连接于单片机输出端的4位数码管led和4个开关三极管v1、v2、v3、v4，4个开关三极管v1、v2、v3、v4与所述4位数码管led连接；单片机连接有4位数码管led的输出端为单片机的测量信号输出口，测量信号输出口用于输出单片机的电压测量值y，单片机连接有4个开关三极管v1、v2、v3、v4的输出端为单片机的单片机控制信号输出口，单片机控制信号输出口串联开关三极管v1、v2、v3、v4后连接至4位数码管led用于控制单片机的电压测量值y是否输出至4位数码管led。

与现有技术相比，采用了上述技术方案的带补偿的接触网电压数字测量方法及测量装置，具有如下有益效果：

一、本发明提高了测量精度，主要体现在两个方面：一方面，抗干扰与电平转换单元和阻抗匹配与滤波单元对接触网采样电压进行抑噪和滤波，完成阻抗匹配并提高负载输出能力，使输入单片机的电压信号更加稳定；另一方面，因为单片机进行ad转换的参考电压为电源电压，因此，供电单元给单片机提供电源电压，供电单元产生电源电压的稳压误差直接影响单片机发生a/d变换误差，补偿设置单元测量稳压误差并根据稳压误差对a/d变换误差进行补偿，降低测量误差；

二、本发明采用单片机芯片进行ad转换及数据补偿，结构简单，缩小产品体积，降低了产品成本，给企业带来良好经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例测量装置整体结构示意图；

图2为本实施例测量装置中供电单元的电路图；

图3为本实施例测量装置中补偿设置单元的电路图；

图4为本实施例测量装置中抗干扰与电平转换单元的电路图；

图5为本实施例测量装置中阻抗匹配与滤波单元的电路图；

图6为本实施例测量装置中单片机的电路图；

图7为本实施例测量装置中显示单元中第二排阻ra2和第三排阻ra3的电路图；

图8为本实施例测量装置中显示单元中第四排阻ra4和4个开关三极管v1、v2、v3、v4的电路图；

图9为本实施例测量装置中显示单元中4位数码管led的电路图；

图10为本发明实施例测量方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

请参考图1至图7，本实施例为一种带补偿的接触网电压数字测量装置，所述测量装置包括供电单元1、补偿设置单元2、抗干扰与电平转换单元3、阻抗匹配与滤波单元4、单片机5和显示单元6；

机车上自带设有直流操作电源，本发明实施例中的测量装置由机车上的直流操作电源供电。

供电单元1输入端连接于机车的直流操作电源，供电单元1输出端连接于补偿设置单元2、阻抗匹配与滤波单元4、单片机5和显示单元6的电源输入端；供电单元1用于对来自机车的直流电源进行稳压并向补偿设置单元2、阻抗匹配与滤波单元4、单片机5和显示单元6提供稳压后的电源电压；接触网采样电压信号与抗干扰与电平转换单元3输入端相连，抗干扰与电平转换单元3输出端连接于阻抗匹配与滤波单元4输入端，阻抗匹配与滤波单元4输出端与单片机5输入端相连，补偿设置单元2与单片机5输入端相连，单片机5输出端与显示单元6输入端相连。

参阅图2，供电单元1包括dc-dc转换单元101和二次稳压单元102，本实施例中，dc-dc转换单元101为采用top222y芯片的dc-dc转换器，其类型为反激式开关变换器；二次稳压单元102包括集成稳压器u3、滤波电容c20与c21和发光二极管d7与电阻r14组成的指示电路；其中，集成稳压器u3在稳压的过程中会产生≤2％的稳压误差，稳压误差＝(测量值-真实值)/真实值，集成稳压器u3的型号为lm1117-5.0；集成稳压器u3输入端连接于dc-dc转换器输出端，集成稳压器u3输出端输出电源电压vcc，集成稳压器u3输出端串联滤波电容c20后接地，集成稳压器u3输出端串联滤波电容c21后接地，集成稳压器u3输出端依次串联发光二极管d7和电阻r14后接地；dc-dc转换单元101输入端输入机车提供的110vdc直流电源并进行电压转换为7vdc，dc-dc转换单元101输出端与二次稳压单元102输入端相连即将7vdc电压通过二次稳压单元102中的集成稳压器u3转化为5v并通过滤波电容c20与c21滤波降低电源噪声，最后获得稳定的5v电源电压；dc-dc转换单元101输出还与阻抗匹配与滤波单元4电源输入端相连为阻抗匹配与滤波单元4提供7v工作电压，集成稳压器u3输出与单片机5电源输入端、补偿设置单元2电源输入端、显示单元6电源输入端相连为单片机5、补偿设置单元2和显示单元6提供5v的电源电压vcc。

结合图3和图6，补偿设置单元2包括数字万用表和补偿电路，补偿电路连接于单片机5的输入端，单片机5连接有补偿电路的输入端为补偿输入端口；单片机5的补偿输入端口包括第一补偿输入端口p0.0和第二补偿输入端口p0.1；数字万用表用于测量供电单元1的稳压误差；补偿电路用于基于供电单元1的稳压误差对单片机5的补偿输入端口的逻辑电平st+和st-进行设置；若稳压误差小于1％，第一补偿输入端口p0.0的逻辑电平st+和第二补偿输入端口p0.1的逻辑电平st-均为高电平；若稳压误差为+(1％～2％)，第一补偿输入端口p0.0的逻辑电平st+为低电平，第二补偿输入端口p0.1的逻辑电平st-为高电平；若稳压误差为-(1％～2％)，第一补偿输入端口p0.0的逻辑电平st+为高电平，第二补偿输入端口p0.1的逻辑电平st-为低电平；

补偿电路包括第一排阻ra1和补偿电阻；补偿电阻包括第一补偿电阻r5和第二补偿电阻r6；第一排阻ra1一端连接于供电单元1的集成稳压器u3输出端获得5v电源电压vcc，第一排阻ra1另一端与第一补偿电阻r5和第二补偿电阻r6分别串联，所述第一补偿电阻r5和第二补偿电阻r6的另一端接地；

参阅图6，第一排阻ra1与第一补偿电阻r5的中间接点连接于第一补偿输入端口p0.0，第一排阻ra1与第二补偿电阻r6的中间接点连接于第二补偿输入端口p0.1，第一补偿输入端口p0.0的逻辑电平st+即第一排阻ra1与第一补偿电阻r5中间接点的逻辑电平，第二补偿输入端口p0.1的逻辑电平st-即第一排阻ra1与第二补偿电阻r6中间接点的逻辑电平；通过连接或断开补偿电阻r5和/或r6来实现短路与开路的控制从而对单片机5补偿输入端口p0.0和p0.1的逻辑电平st+和st-进行设置，本实施例中，高电平以1表示，低电平以0表示，第一补偿电阻r5和第二补偿电阻r6的阻值均为0ω，第一排阻ra1的阻值为4.7kω；通过焊接与不焊接0ω阻值的r5、r6来实现短路与开路控制；本实施例中，若第一补偿电阻r5接入，第一补偿电阻r5短路，r5＝0，第一排阻ra1与第一补偿电阻r5中间接点的逻辑电平即第一补偿输入端口的逻辑电平st+为低电平，st+＝0；第一补偿电阻r5断开，第一补偿电阻r5开路，r5＝∞，第一排阻ra1与第一补偿电阻r5中间接点的逻辑电平即第一补偿输入端口的逻辑电平st+为高电平，st+＝1；同理，第二补偿电阻r6接入，r6＝0，st-＝0；第二补偿电阻r6断开，r6＝∞，st-＝1。

因此，根据数字万用表测量的稳压误差来设置补偿输入端口的逻辑电平：若稳压误差小于1％，第一补偿输入端口p0.0的逻辑电平st+和第二补偿输入端口p0.1的逻辑电平st-均为高电平，即st+＝1、st-＝1；若稳压误差为+(1％～2％)，第一补偿输入端口p0.0的逻辑电平st+为低电平，第二补偿输入端口p0.1的逻辑电平st-为高电平，即st+＝0、st-＝1；若稳压误差为-(1％～2％)，第一补偿输入端口p0.0的逻辑电平st+为高电平，第二补偿输入端口p0.1的逻辑电平st-为低电平，即st+＝1、st-＝0。

参阅图4，抗干扰与电平转换单元3用于接收接触网电压并除噪，得到输出电压后传输至阻抗匹配与滤波单元4，抗干扰与电平转换单元3输入端连接于接触网，输出端连接于阻抗匹配与滤波单元4输入端；抗干扰与电平转换单元3包括噪声抑制电路、电平转换电路和钳位电路；噪声抑制电路包括两个接触网采样电压输入端、共模电感l1、两个差模电容c1和c2，两个滤波电容c3和c4；接触网采样电压输入端为两个分别用于输入0-10v+和0-10v-接触网采样电压信号；差模电容c1与接触网采样电压输入端并联抑制差模噪声，共模电感l1与接触网采样电压输入端串联抑制共模噪声，共模电感l1输出端并联差模电容c2抑制差模噪声；电平转换电路包括分压电阻r1和r2，共模电感l1输出端串联分压电阻r1和r2实现分压，分压电阻r1和r2中间接点得到0-5v输出电压；分压电阻r2分别与稳压二极管d1和滤波电容c4并联后接地，共模电感l1与分压电阻r1之间的节点串联滤波电容c3后接地，滤波电容c3和c4用于滤波，进一步抑噪；钳位电路包括稳压二极管d1，稳压二极管d1正端接地，对信号起钳位作用，防止信号过大；其中，差模电容c1和c2及滤波电容c3和c4均为0.1uf，分压电阻r1和r2的阻值均为1kω±1％，构成精密分压电路；稳压二极管d1的型号为1n4735。

结合图5和图6，阻抗匹配与滤波单元4用于接收抗干扰与电平转换单元3输出的电压并进一步除噪，得到输出电压后传输至单片机5，阻抗匹配与滤波单元4输入端连接于抗干扰与电平转换单元3输出端，阻抗匹配与滤波单元4输出端连接于单片机5输入端p1.6；阻抗匹配与滤波单元4包括运算放大器u1和低通滤波电路；运算放大器u1的同向输入端1脚连接于分压电阻r1和r2中间接点得到抗干扰与电平转换单元3的0-5v输出电压，反向输入端3脚与输出端4脚相连配置成缓冲器，输出端4脚接到反向输入端3脚为负反馈接法，在负反馈接法时，同相输入端1脚电压与反向输入端3脚电压相同，由于这种接法里，输出电压＝反向输入端电压，反向电压＝同相输入端电压；所以，输出电压＝同相输入端电压，即电压跟随；电压跟随的输入电压与输出电压大小和相位一样，输入阻抗很大，输出阻抗很小，可以看成是一个阻抗转换的电路，从而完成阻抗匹配和提高输出负载能力；正电源端5脚连接于供电单元1的dc-dc转换器输出端获得7v工作电压，正电源端5还串联接地电容c5后接地，负电源端2脚接地；运算放大器u3采用的型号为lm321；低通滤波电路包括负载电阻r3和滤波电容c6，负载电阻r3一端连接于运算放大器u1输出端4脚，另一端用于输出滤波后的电压至单片机5的输出电压信号端口p1.6即ad端口，负载电阻r3输出电压一端串联滤波电容c6后接地。

单片机5存储有程序，所述程序用于以单片机5的电源电压vcc为a/d参考电压对阻抗匹配与滤波单元4的输出电压进行a/d变换获得a/d变换值a，根据a/d变换值a获得补偿值b；根据单片机5补偿输入端口的逻辑电平、a/d变换值a和补偿值b获得a/d变换值a完成补偿后的电压测量值y；若第一补偿输入端口的逻辑电平st+和第二补偿输入端口的逻辑电平st-均为高电平即st+＝1、st-＝1时，电压测量值y＝a/d变换值a；若第一补偿输入端口的逻辑电平st+为低电平，第二补偿输入端口的逻辑电平st-为高电平，即st+＝0、st-＝1时，电压测量值y＝a/d变换值a-补偿值b；若第一补偿输入端口的逻辑电平st+为高电平，第二补偿输入端口的逻辑电平st-为低电平，即st+＝1、st-＝0时，电压测量值y＝a/d变换值a+补偿值b；其中，补偿值b＝a/100，补偿值b取整数；本实施例中，单片机u2采用的型号stc12c5604_l32。

结合图6和图10，显示单元6用于显示单片机5输出的电压测量值，显示单元6包括第二排阻ra2、第三排阻ra3、第四排阻ra4、4位数码管led和4个开关三极管v1、v2、v3、v4；单片机u2通过第二排阻ra2和第三排阻ra3连接至4位数码管led，单片机5连接有第二排阻ra2和第三排阻ra3的输出端为单片机5的测量信号输出口，单片机u2通过第四排阻ra4连接4个开关三极管v1、v2、v3、v4后连接至4位数码管led，单片机5连接有第四排阻ra4的输出端为控制信号输出口；单片机u2的测量信号输出口a、b、c、d、e、f和g与第二排阻ra2和第三排阻ra3的a、b、c、d、e、f和g输入端对应连接，第二排阻ra2和第三排阻ra3的a1、b1、c1、d1、e1、f1和g1输出端和4位数码管led的测量信号输入口a1、b1、c1、d1、e1、f1和g1对应连接，即测量信号通过第二排阻ra2和第三排阻ra3分别与4位数码管led中各笔段引脚相连，用于输出显示在4位数码管led的数值；开关三极管v1、v2、v3、v4的集电极分别连接至4位数码管led的控制信号输入口led1、led2、led3和led4，开关三极管v1、v2、v3、v4的发射极连接于集成稳压器u3输出端获得5v电源电压vcc，开关三极管v1、v2、v3、v4的基极通过第四排阻ra4对应连接至单片机u2的控制信号输出口pl1、pl2、pl3和pl4，单片机u2输出控制信号控制开关三极管v1、v2、v3、v4是否导通从而控制4位数码管led是否显示单片机u2发送的测量信号即电压测量值；其中，第二排阻ra2、第三排阻ra3和第四排阻ra4均起限流作用，第二排阻ra2和第三排阻ra3的阻值均为470ω，第四排阻ra4的阻值4.7kω，开关三极管v1、v2、v3、v4的型号均为9012，4位数码管led的型号为lg8041bh，构成最大显示“9999”。

实施例二：

本实施例为一种如实施例一所述的带补偿的接触网电压数字测量的测量方法；参阅图10，本实施例测量方法的实施步骤为：

供电单元1的dc-dc转换器将来自机车的110vdc直流操作电源转换为7vdc，为运算放大器u1提供7v的工作电压，同时输入集成稳压器u3进行稳压，集成稳压器u3向单片机5、补偿设置单元2和显示单元6提供稳压后的5v电源电压vcc；供电单元1中的集成稳压器u3会产生≤2％稳压误差，5v电源电压vcc实际电压范围为4.9v～5.1v；

步骤a：补偿设置单元2设置单片机5补偿输入端口p0.0和p0.1的逻辑电平st+和st-，具体为：

步骤a1：数字万用表测量供电单元1的稳压值，获得稳压误差；稳压误差＝(测量值-真实值)/真实值，其中，测量值即上述用数字万用表测量出的稳压值，真实值即供电单元稳压若没有误差时的数值，为一个准确的固定值，本实施例中，真实值为5v。

步骤a2：补偿电路基于供电单元1的稳压误差对单片机5补偿输入端口p0.0和p0.1的逻辑电平st+和st-进行设置；具体为：若测量的稳压误差小于1％，则均断开第一补偿电阻r5和第二补偿电阻r6，使补偿输入端口的逻辑电平st+＝1，st-＝1；若测量的稳压误差为+(1％～2％)，则接入第一补偿电阻r5，断开第二补偿电阻r6，使st+＝0，st-＝1；若测量的稳压误差为-(1％～2％)，则断开第一补偿电阻r5，接入第二补偿电阻r6，使st+＝1，st-＝0；

步骤b：抗干扰与电平转换单元3接收接触网电压并除噪，得到输出电压；阻抗匹配与滤波单元4将所述抗干扰与电平转换单元3输出的电压进行阻抗匹配及滤波并输出电压至单片机5；

步骤c：单片机5对输出电压进行a/d变换及补偿；具体为：

步骤c1：单片机5以单片机5的电源电压vcc为a/d参考电压对输出电压进行a/d变换获得a/d变换值a；

步骤c2：单片机5根据a/d变换值a获得补偿值b，补偿值b＝a/100，补偿值b取整数；

步骤c3：单片机5根据单片机5补偿输入端口的逻辑电平st+和st-、a/d变换值a和补偿值b获得a/d变换值a完成补偿后的电压测量值y；具体为：若测量的稳压误差小于1％，单片机5的第一补偿输入端口的逻辑电平st+和第二补偿输入端口的逻辑电平st-均为高电平，即st+＝1，st-＝1，无需补偿，电压测量值y＝ad变换值a；若测量的稳压误差为+(1％～2％)，第一补偿输入端口的逻辑电平st+为低电平，第二补偿输入端口的逻辑电平st-为高电平，即st+＝0，st-＝1，电压测量值y＝a/d变换值a-补偿值b；若测量的稳压误差为-(1％～2％)，第一补偿输入端口的逻辑电平st+为高电平，第二补偿输入端口的逻辑电平st-为低电平，即st+＝1，st-＝0，电压测量值y＝a/d变换值a+补偿值b；

步骤d：显示单元6显示单片机5输出的电压测量值y。

进一步的，单片机5补偿输入端口的逻辑电平st+和st-、a/d变换值a、补偿值b及电压测量值y之间的关系如下表所示：

先用万用表测量集成稳压器u3稳压值，5v实际电压范围为4.9v～5.1v，得到稳压误差，稳压误差≤1％，满足设计技术要求无需补偿；如误差在1％-2％之间，需要补偿消除误差，补偿值b＝a/100，取整数；

具体的，稳压误差在+(1％～2％)，a/d变换值a在5.05～5.1v之间，此时st+＝0，st-＝1，若a/d变换值a为5.1v，即补偿值b为a/100＝0.051v，电压测量值y＝a-b＝5.1-0.051＝5.049v；稳压误差在-(1％～2％)，a/d变换值a在4.9～4.95v之间，此时st+＝1，st-＝0，若a/d变换值a为4.9v，即补偿值b为a/100＝0.049v，电压测量值y＝a+b＝4.9+0.049＝4.949v。

单片机u2为网压表的核心部件，根据网压表1％测量精度要求，采用了抗干扰与电平转换单元3和阻抗匹配与滤波单元4对接触网采样电压信号进行了抑噪和滤波，输出稳定的电压信号；同时，本发明通过补偿设置单元2对单片机u2的2个补偿输入端口逻辑电平进行设置，单片机u2做“ad变换值/100”运算并取整数获得补偿值，根据设置补偿输入端口逻辑电平的不同，ad变换值与所得补偿值通过加、减或取0加以补偿，满足测量装置的最终测量误差≤1％技术要求。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。