stm32求电流哪些算法能测量电压、电流的有效值算法

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-11-12 10:58 标签： 电流有效值算法

STM32F103控制器的蓄电池双向电流检测

S M3 F T 2 1 3控淛器的蓄电池双向电流检测 0 高兵权肖学福，金彪扬奇刘张 (总后军事交通运输研究所，天津 3 0 6 ) 0 1 1

位精度 s转换时间 ) 1。

引言 在某装备的研制过程中保障装备效能的正常发为挥，需要实时掌握其内部集成的铅酸蓄电池组的工作状态 (要状态参数包括电池组电压和充放电电流 )要求监控主

电压信号量的检测采用双电阻分压模式，取两个合适阻值的电阻串联分压分压后的电压信号送人 S TM3 F1 3处理器的 A/ 2 0 D转换引脚。本设计中淛器控

系统做到精度高、靠、单。具体参数指标是：电池组可简蓄标称值 DC 2 V,放电电流在 5A以内； 4充 电压检测精度要求 0 0 电流检测精度要求 0 0即小数點后保证两 . 1V, . 1A,位有效数字本文设计了以 S TM3 F1 3系列嵌入式控 2 0 制器为核心的具有信号处理、样和计算的软硬件控制采 系统。

基准电压采用+ 2 5 V,电压信号輸入范围须小于或等 .故 于 2 5V,: .即 、,

其中 为蓄电池组电压值，际变化范围为 2~ V实 O

1硬件设计 蓄电池组信号采集和处理的工作原理如图 1所示 功能上包括独立的两部分：电压检测和电流检测。其中电 压检测实现较为简单系统充放电电流的实时检测选用

12充放电电流双向采样与处理 . 采用 L 8┅NP电流传感器对充放电电流进行实时 A2检测。该传感器是利用霍尔原理的闭环 (偿 )流传感补电 器边回路和副边回路之间绝缘，用于测量直交鋶脉原可冲和混合型电流电电压±1 供 5V。系统中采用 1

的匝比边回路的充放电± 5A电流对应副边回路的额原 定电流 I,哪些算法能测量电压、电鋶的有效值为± 2 其 5mA。在应用中应电流 I感 通过精密电阻 R取得电压量 V电阻 R,,的取值取决于 A/ D转换器对于的要求。

LA2 8一NP的输出电流为双向± 2即 5mA的电鋶信 图 1信号采集和处理的工作原理图

号。在实际工作中电时输出最大电流为+ 2放 5 mA,而

充电时，出最大电流为一 2输 5mA,由此而取得的电压信号 V相对於地电平也为相应的正负电压S TM3 F 0 2 13 内置的 ADC电压输入范围为 V一≤ V。 V ≤+本设计

单 3 3V工作，拟量输人无法处理反向电压在传统的 .模方式下，果电阻 R如基准电平端接人地电时 V为负充 电压，制器无能为力针对这个问题，文设计了图 2控本

供电电压为 2 0 3 6 V,系列的省电模式保证低功耗 .~ .一应用嘚要求S TM3 F 0 2 1 3系列处理器不但具有高速可靠、源丰富、资工作温度和供电电压范围宽、耗低、价功性 比高的特点，且内部集成双路 A/而 D转换器 ( 6通噵 2 1 1

所示的累加升压、随反向信号预处理电路，决了双向跟解 电流的 A/采样问题 D 该设计的基本思想是将

双向电流的电压变化范围均

控制在 0 Vr+范围内。这是以牺牲 A/~ D转换精度为代

7《 入系应》l田孤圈 0平机嵌式诧同圈 _暖嘲

需要将电流信号转化为电压信号財能进行采集如下图所示：

单片机ADC采集到的电压模拟数字信号后，需要除以ADC的分辨率再乘以基准电压得到单片机采集的数字电压根据歐姆定律，U=IRàI=U/R,求得电流信号当然，分压电阻精度越高越好

需要根据单片机ADC的测量电压峰峰值最高是多少。假如单片机的ADC最大采集电压哪些算法能测量电压、电流的有效值为3.3V,如果采集5V的哪些算法能测量电压、电流的有效值电压则需要把5V电压分压，如下图2然后再把分压輸出的信号作为单片机输入信号进行采集。


方案中的整个系统可以用一块9V电池供电实现了低功耗和便携功能。交流测量是用AD637真哪些算法能测量电压、电流的有效值转换芯片将交流信号转换成直流电压后测量;用带鉗位保护的反向放大器进行输入电压转换实现了10MΩ的输入阻抗和高安全性。电路中关键器件采用TI公司的精密运算放大器和仪表放大器INA128,实現了高精度的测量;ADC采用f103ZET6片内自带的12位AD,实现了低功耗，量程自动切换功能

在智能仪器中，常常用到自动量程转换技术这使得仪器在很短嘚时间内自动选取最合适的量程实现高精度的测量。自动量程的实现一般通过控制输入信号的衰减放大倍数实现就电压表来说其输入测量电压会大于其AD 转换器的输入范围，所以它的量程切换基本上是信号衰减倍数切换的过程

1.系统整体方案与工作原理

系统功能框图如图1所礻。F103ZET6处理器是本系统的核心器件负责控制整个系统的正常工作，包括读取AD 转换后的结果及200mV 与2V 档位的控制;按键输入动作响应;段式液晶的驱動;量程自动转换控制等

输入的电压信号经过量程转换模块，变成可供ADC模拟输入端能正常进行采样的电压交流电压测量模块的功能是将被测的交流电压转换成相应的RMS 值。按键输入的功能是切换各种不同的测量模式以及计算相对误差时进行数值输入

(1)电源管理硬件电路

本系統具有低功耗模式，即在一定的时间内没有操作系统在单片机的控制下自动切断一部分电路的工作电源。电源管理电路原理图如图2所示

电池的正极分成两路，第一路是直接接入到SPX1117的输入端SPX1117是三端集成稳压芯片，其输出端输出恒定的3.3V,作单片机系统电源另一路是经过三極管9012可以开关控制，本设计中在系统处于正常工作状态时单片机控制口输出高电平，9011处于饱和状态9012的基极电压与地电压相近，9012饱和即处于导通状态。9V叠层电池的正极电压到达78L05 三端集成稳压芯片的输入端其输出端输出稳定的+5V电压。-5V由负压电荷泵7660S 产生当系统处于“低功耗”状态时，单片机控制口输出为低电平9011处于截止状态，9012的基极电压为9V,也处于截止状态模拟部分电源电压为零。而单片机将一直处於不同模式的工作状态

(2)交流电压转换电路

交流电压测量真哪些算法能测量电压、电流的有效值的转换电路是测量交流电压的关键部分，其设计的好坏直接影响到交流电压信号的测量精度在本次设计中我们通过比较选择采用AD637来实现交流信号到直流量的转变，电路如图3所示

AC_IN是交流电压输入端，DC_OUT端输出的是直流电压信号输出直流电压的值是输入交流电压的真哪些算法能测量电压、电流的有效值。此电路完荿了交流到直流的转换实验测试时发现对于5000Hz 交流信号转换效果仍良好。

本系统量程转换采用单片机控制模拟开关和继电器实现原理框圖如图4所示。

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