一种隔离型单片机交流电过零信号检测电路的制作方法

[0001]
本发明涉及单片机技术领域，具体涉及一种隔离型单片机交流电过零信号检测电路。


背景技术：

[0002]
随着科学技术的飞速发展，芯片技术也同样蓬勃发展。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器cpu、随机存储器ram、只读存储器rom、多种i/o口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。传统的单片机交流电过零信号检测电路在实际使用时，其输出信号时，存在抗干拢性能以及稳定性差的问题。此外，由于其检测电路不具有延时功能，因此一些读取速度较慢的设备，存在信号读取困难的情况存在。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种隔离型单片机交流电过零信号检测电路。
[0004]
本发明所述的一种隔离型单片机交流电过零信号检测电路，它包括主控制电路、分控制电路一、分控制电路二、分控制电路三和分控制电路四；所述主控制电路包括u1单元，u1单元的第1脚接地，u1单元的第2-4分别与tck端、tdio端、ac端相连；电容c5一端接地，电容c5另一端与u1单元的第4脚并联；u1单元的第5脚与out端相连，u1单元的第8脚与vcc+5v端相连；电容c4并联在u1单元的第1、8脚之间；所述分控制电路一包括整流桥db2，整流桥db2的第1脚与电阻r1串联，电阻r1另一端与接线端口p1的第3脚相连，接线端口p1的第1脚与整流桥db2的第2脚串联，压敏电阻器ru1串联在电阻r1与整流桥db2的第2脚之单机；整流桥db2的第3、4脚分别与光电耦合器oc2的阳极、阴极串联；光电耦合器oc2的发射极与ac端相连，光电耦合器oc2的集电极接地；电阻r3、电容c1并联在整流桥db2的第3、4脚之间；电阻r4一端与光电耦合器oc2的集电极并联，电阻r4另一端与vcc+5c端相连；光电耦合器oc2的发射极接地；所述分控制电路二包括整流桥db1，该整流桥db1的第1脚与ac15vl端相连；所述整流桥db1的第2脚与acvn端相连；所述该整流桥db1的第4脚接地；所述该整流桥db1的第3脚通过导线一与稳压器vr1的vin端相连，稳压器vr1的gnd端接地，稳压器vr1的vout端与vcc+5v端相连；电阻r5与发光二极管led串联后，一端与稳压器vr1的vout端并联，另一端与导线二并联；射电电容ce1、电容c2、射电电容ce2、电容c3一端分别与导线一并联，射电电容ce1、电容c2、射电电容ce2、电容c3一端与导线二并联；所述分控制电路三包括光电耦合器oc1，光电耦合器oc1的阳极与电阻r8串联，电阻r8另一端与vcc+5v端相连；光电耦合器oc1的阴极与三极管q1的集电极相连，三极管q1的发射极接地，三极管q1的基极与电阻r6串联，电阻r6的另一端与out端相连；电阻r7与发光二极
管led2串联后，并联在电阻r8和光电耦合器oc1的阴极端之间；光电耦合器oc1的集电极和发射极分别与接线端口p2的第1、2端口相连；所述接线端口p2的第3、4端口分别与ac15vn端、ac15vl端相连；所述分控制电路四包括接线端口p3，接线端口p3的第1脚与vcc+5v端相连，接线端口p3的第2脚与tdio端相连，接线端口p3的第3脚接地，接线端口p3的第4脚与tck端相连。
[0005]
进一步地，所述主控制电路的u1单元是型号为sc92f7250的赛元单片机。
[0006]
进一步地，所述分控制电路一中的整流桥db2是型号为mb6s2的桥式整流器。
[0007]
进一步地，所述光电耦合器oc1、光电耦合器oc2是型号为pc817的光电耦合器。
[0008]
进一步地， 所述分控制电路二的整流桥db1是型号为2w10的整流桥堆。
[0009]
进一步地，所述分控制电路二中的稳压器vr1是型号为78m05的电压稳压器。
[0010]
进一步地，所述所述分控制电路四的接线端口p3为icsp接口。
[0011]
本发明有益效果为：本发明所述的一种隔离型单片机交流电过零信号检测电路，它同步实时采集50
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265v正弦交流电压过零信号，高阻抗输入，耗电低于1ma，输入端无电感器件，热电部分光耦隔离，提高了系统稳定性、抗干扰性能。过零信号经单片机整形、数字滤波等处理，对不同的输出设备还有延时输出功能，保证速度慢的设备成功读取信号等优点。
附图说明
[0012]
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：图1是本发明的拓扑示意图；图2是本发明的主控制电路结构示意图；图3是本发明的分控制电路一结构示意图；图4是本发明的分控制电路二结构示意图；图5是本发明的分控制电路三结构示意图；图6是本发明的分控制电路四结构示意图。
具体实施方式
[0013]
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0014]
如图1所示，本具体实施方式所述的一种隔离型单片机交流电过零信号检测电路，它包括主控制电路、分控制电路一、分控制电路二、分控制电路三和分控制电路四；如图2所示，所述主控制电路包括u1单元，u1单元的第1脚接地，u1单元的第2-4分别与tck端、tdio端、ac端相连；电容c5一端接地，电容c5另一端与u1单元的第4脚并联；u1单元的第5脚与out端相连，u1单元的第8脚与vcc+5v端相连；电容c4并联在u1单元的第1、8脚之间；如图3所示，所述分控制电路一包括整流桥db2，整流桥db2的第1脚与电阻r1串联，电阻r1另一端与接线端口p1的第3脚相连，接线端口p1的第1脚与整流桥db2的第2脚串联，压敏电阻器ru1串联在电阻r1与整流桥db2的第2脚之单机；整流桥db2的第3、4脚分别与光电耦合器oc2的阳极、阴极串联；光电耦合器oc2的发射极与ac端相连，光电耦合器oc2的集电极
接地；电阻r3、电容c1并联在整流桥db2的第3、4脚之间；电阻r4一端与光电耦合器oc2的集电极并联，电阻r4另一端与vcc+5c端相连；光电耦合器oc2的发射极接地；如图4所示，所述分控制电路二包括整流桥db1，该整流桥db1的第1脚与ac15vl端相连；所述整流桥db1的第2脚与acvn端相连；所述该整流桥db1的第4脚接地；所述该整流桥db1的第3脚通过导线一与稳压器vr1的vin端相连，稳压器vr1的gnd端接地，稳压器vr1的vout端与vcc+5v端相连；电阻r5与发光二极管led串联后，一端与稳压器vr1的vout端并联，另一端与导线二并联；射电电容ce1、电容c2、射电电容ce2、电容c3一端分别与导线一并联，射电电容ce1、电容c2、射电电容ce2、电容c3一端与导线二并联；如图5所示，所述分控制电路三包括光电耦合器oc1，光电耦合器oc1的阳极与电阻r8串联，电阻r8另一端与vcc+5v端相连；光电耦合器oc1的阴极与三极管q1的集电极相连，三极管q1的发射极接地，三极管q1的基极与电阻r6串联，电阻r6的另一端与out端相连；电阻r7与发光二极管led2串联后，并联在电阻r8和光电耦合器oc1的阴极端之间；光电耦合器oc1的集电极和发射极分别与接线端口p2的第1、2端口相连；所述接线端口p2的第3、4端口分别与ac15vn端、ac15vl端相连；如图6所示，所述分控制电路四包括接线端口p3，接线端口p3的第1脚与vcc+5v端相连，接线端口p3的第2脚与tdio端相连，接线端口p3的第3脚接地，接线端口p3的第4脚与tck端相连。
[0015]
进一步地，所述主控制电路的u1单元是型号为sc92f7250的赛元单片机。
[0016]
进一步地，所述分控制电路一中的整流桥db2是型号为mb6s2的桥式整流器。本设计中，桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。mb6s2为整流桥的型号,封装sop-4 。
[0017]
进一步地，所述光电耦合器oc1、光电耦合器oc2是型号为pc817的光电耦合器。pc817光电耦合器广泛用在电脑终端机，可控硅系统设备，测量仪器，影印机，自动售票，家用电器，如风扇，加热器等电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减小电路干扰，简化电路设计。pc817是常用的线性光藕，在各种要求比较精密的功能电路中常常被当作耦合器件，具有上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响。
[0018]
而普通光电耦合器只能传输数字信号（开关信号），不适合传输模拟信号。线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同。
[0019]
进一步地， 所述分控制电路二的整流桥db1是型号为2w10的整流桥堆。
[0020]
其工作原理是：整流桥内部主要是由四个二极管组成的桥路来实现把输入bai的交流电压转化为输出的直流电压。在整流桥的每个工作周期内，同一时间只有两个二极管进行工作，通过二极管的单向导通功能，把交流电转换成单向的直流脉动电压。
[0021]
对一般常用的小功率整流桥（如：rectron semiconductor的rs2501m）进行解剖会发现，其内部的结构如图2所示，该全波整流桥采用塑料封装结构（大多数的小功率整流桥都是采用该封装形式）。桥内的四个主要发热元器件——二极管被分成两组分别放置在直流输出的引脚铜板上。在直流输出引脚铜板间有两块连接铜板，他们分别与输入引脚（交流输入导线）相连，形成我们在外观上看见的有四个对外连接引脚的全波整流桥。
[0022]
由于该系列整流桥都是采用塑料封装结构，在上述的二极管、引脚铜板、连接铜板以及连接导线的周围充满了作为绝缘、导热的骨架填充物质——环氧树脂。然而，环氧树脂的导热系数是比较低的（一般为0.35℃w/m，最高为2.5℃w/m），因此整流桥的结
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壳热阻一般都比较大（通常为1.0~10℃/w）。通常情况下，在元器件的相关参数表里，生产厂家都会提供该器件在自然冷却情况下的结—环境的热阻（rja）和当元器件自带一散热器，通过散热器进行器件冷却的结
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壳热阻（rjc）。
[0023]
进一步地，所述分控制电路二中的稳压器vr1是型号为78m05的电压稳压器。78m05是一种三端口电流正固定电压稳压器，具有在过流过热时关断的保护功能，输出电流的最大值为500ma，输入偏置电流为3.2ma，输入电压的最大值为35v。
[0024]
进一步地，所述所述分控制电路四的接线端口p3为icsp接口，icsp接口为6pin接口，使用spi协议通信。
[0025]
本发明的工作原理如下：本设计中，交流正弦电压通过p1端口接入，并联ru1压敏电阻和串联r1绕线电阻起保护作用，防止浪涌击穿电路而造成的烧坏。
[0026]
本设计中，交流电通过db2桥式整流，信号变成100hz脉动直流电，经r2，r3，c1限流，分压，滤波，再到光电耦合器pc817原边正极，过零信号通过光耦传递到副边。光耦副边通过单片机ad口读入电压值，该电压值的大小可以准确测出交流电的过零信号及交流电的电参数情况。
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本设计中，p2口是4p端子，ac15v交流电压通过整流，滤波，稳压后为系统提供5v的精准直流电压，供单片机工作。被测交流电过零信号经过单片机计算后，ox端口输出一个脉冲信号，也是通过光电器件传送给到下一级设备。下级工控设备plc 通过中断或者快速口采集该信号。
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本发明的功能如下：本设计同步实时采集50
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265v正弦交流电压过零信号，高阻抗输入，耗电低于1ma，输入端无电感器件，热电部分光耦隔离，提高了系统稳定性、抗干扰性能。过零信号经单片机整形、数字滤波等处理，对不同的输出设备还有延时输出功能，保证速度慢的设备成功读取信号。信号输出为ttl电平驱动光电器件（npn型），plc及其他设备可实时读取该信号，并做相关处理。
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本设计的功能板，采用12-15v交流或者直流对整个系统供电，板载有整流、滤波、稳压电路。保证电源输入的宽范围。
[0030]
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。