TOP2 運(yùn)用AT89C205l智能檢測(cè)控制電路

　　采用AT89C205l單片計(jì)算機(jī)芯片設(shè)計(jì)制作了一個(gè)用于該開水器的“智能檢測(cè)控制電路”，可實(shí)時(shí)監(jiān)控水箱水位和各組電熱管的工作狀態(tài)，一旦水箱水位異?；螂姛峁馨l(fā)生故障，均可自動(dòng)完成保護(hù)動(dòng)作并給出相應(yīng)的聲、光報(bào)警信號(hào)，提示維修管理人員及時(shí)進(jìn)行檢修。該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作容易、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

　　AT89C205l“單片機(jī)”芯片IC1做為本電路的核心，C3和R3構(gòu)成了簡(jiǎn)易的上電自動(dòng)復(fù)位電路。JT、C1、 C2與IC1的相關(guān)引腳構(gòu)成了“單片機(jī)”的時(shí)鐘電路。IC1的 15個(gè)I/0口中僅使用了13個(gè)，其中，P1.1一P1.6作為控制面板各指示燈的輸出控制口，分別通過(guò)一只限流電阻，接至一只LED發(fā)光二極管的負(fù)極上，低電平有效，直接驅(qū)動(dòng)LED顯示。P1.7為負(fù)載（電熱管）控制口，通過(guò)一只限流電阻接至光電耦合器GO1的2腳，其1腳接至+5V，當(dāng)P1.7為高電位時(shí)，GO1和三相固態(tài)繼電器均截止，各電熱管不加電工作。當(dāng)P1.7為低電位時(shí)，GO1和三相固態(tài)繼電器導(dǎo)通，各電熱管均加電工作。P1.0為報(bào)警信號(hào)控制輸出口，接至IC2的15腳。IC2的10-14腳與外圈元件接成了一個(gè)可控式音頻振蕩器，其15腳為控制端（高電平有效1，9腳為輸出端，輸出信號(hào)經(jīng)IC3組成的音頻小功率放大器放大后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)音。平時(shí)單片機(jī)的P1，0在軟件控制下輸出為低電平，則可控式音頻振蕩器處于停振狀態(tài)，故揚(yáng)聲器中無(wú)聲。當(dāng)電路需要發(fā)出音頻報(bào)警信號(hào)時(shí)，通過(guò)軟件控制，使單片機(jī)的P1.0斷續(xù)輸出高電平信號(hào)，則可控式音頻振蕩器就會(huì)斷續(xù)工作，使揚(yáng)聲器發(fā)出嘀、嘀、喃的報(bào)警聲響。IC2的1-7腳組成了電熱管工作狀態(tài)監(jiān)控信號(hào)電平轉(zhuǎn)換電路。電熱管工作狀態(tài)傳感器采用TAl420型，這是一種立式、穿芯、并可在印刷線路板上直接焊接安裝的小型精密交流電流互感器（HGQ1~HGQ3），具有全封閉，機(jī)械和耐環(huán)境性能好，電壓隔離能力強(qiáng)，外形美觀，精度高，采樣范圍寬，應(yīng)用靈活等特點(diǎn)。

　　電路中所需元件的規(guī)格參數(shù)均如下圖中所標(biāo)注。

　　在使用時(shí)，要將各組電熱管中的一根電源引線從該組對(duì)應(yīng)的電流互感器的穿芯孔中穿過(guò)，這樣，當(dāng)各電熱管工作正常時(shí)，穿過(guò)各電流互感器的電熱管電源連線中就會(huì)有交流電流通過(guò)，由于互感作用，在各電流互感器的線圈端就會(huì)產(chǎn)生出互感的交流信號(hào)，該信號(hào)分別經(jīng)Q1- Q3三組整流橋變換為高電平的直流信號(hào)電壓，分別接至IC2的2、4、6（7）腳，經(jīng)IC2將高電平變換為低電平后分別從1、3、5腳輸出，接至單片機(jī)的 P3.4、P3.5、P3.70顯然，如果某組電熱管不工作，其對(duì)應(yīng)的電流互感器就不會(huì)有感　　應(yīng)信號(hào)輸出，而IC2與其對(duì)應(yīng)的輸出端也不會(huì)有低電平信號(hào)輸出，這樣，通過(guò)與軟件配合，即可對(duì)各電熱管的工作狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別并通過(guò)各對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管給出相應(yīng)的指示。DWI~DW3穩(wěn)壓二極管主要起保護(hù)作用，用于防止電流互感器的輸出信號(hào)超過(guò)IC2的VCC工作電壓（+5V）而使IC2相關(guān)輸入端損壞。水位信號(hào)傳感器采用一只常通（水位正常時(shí)接通）型浮子式液位開關(guān)，由其串接在GO2的輸入控制回路中，GO2的輸出端接成“反相器”電路，從5腳輸出并被接至單片機(jī)的P3，3，通過(guò)與軟件配合，即可對(duì)水位狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別并通過(guò)對(duì)應(yīng)的LED給出“缺水”報(bào)警的發(fā)光信號(hào)。

　　DSP芯片TMS320F2812泄漏電流測(cè)試系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　泄漏電流是指在沒有故障施加電壓的情況下，電氣設(shè)備中相互絕緣的金屬零件之間，或帶電零件與接地零件之間，通過(guò)其周圍介質(zhì)或絕緣表面所形成的電流。也包括當(dāng)人觸及電器設(shè)備時(shí)，由設(shè)備經(jīng)過(guò)人體到達(dá)大地的電流或由設(shè)備經(jīng)人體又回到設(shè)備的電流。它是衡量電器絕緣性好壞的重要標(biāo)志之一，也是產(chǎn)品安全性能的主要指標(biāo)。泄漏電流測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，或者說(shuō)最符合人體實(shí)際阻抗情況，具備一組或者幾組由特定阻抗值和滿足一定功率要求的電阻和電容組成的電路來(lái)模擬人體觸電。通過(guò)將人體阻抗網(wǎng)絡(luò)連接人體可能觸電的待測(cè)儀器部件，測(cè)量流過(guò)人體阻抗網(wǎng)絡(luò)的電流。測(cè)控系統(tǒng)由PC機(jī)、DSP芯片TMS320F2812控制系統(tǒng)以及外圍擴(kuò)展功能電路、泄漏電流采集信號(hào)調(diào)理電路、DSP與PC通信接口電路構(gòu)成，采集、計(jì)算、顯示和存儲(chǔ)進(jìn)而分析被測(cè)儀器泄漏電流特征值。

　　高度放大與線性隔離電路的設(shè)計(jì)

　　按照對(duì)泄漏電流測(cè)試的最新標(biāo)準(zhǔn)要求，要求對(duì)50Hz～1 MHz的泄漏電流進(jìn)行檢測(cè)。所以對(duì)放大器的頻帶范圍要求很高，本文選用低噪聲精密運(yùn)算放大器HA7-5127-5，其通頻帶寬達(dá)8．5 MHz，滿足大于1 MHz的要求。前級(jí)電壓跟隨電路以及放大電路如圖3所示。

　　圖中，被測(cè)設(shè)備泄漏電流經(jīng)過(guò)單一模擬人體阻抗網(wǎng)絡(luò)，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，鉗形二極管電路起保護(hù)作用，防止正負(fù)電壓過(guò)高。后加跟隨放大器U1匹配阻抗和使信號(hào)穩(wěn)定，放大器U2對(duì)微弱泄漏電流信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)RP1調(diào)整電路的放大增益，以便于觀察和采集。

　　在泄漏電流隔離數(shù)據(jù)采集電路中，需要隔離的信號(hào)有ADC控制信號(hào)（直流電平）、ADC工作時(shí)鐘信號(hào)（幾兆甚至更高頻率的信號(hào)），在這樣的應(yīng)用條件下，如果用普通的光耦隔離器件，只能隔離直流或者低頻信號(hào)，所以采用光耦技術(shù)很難滿足對(duì)泄漏電流隔離的需求。而磁耦隔離器件不能傳輸?shù)皖l信號(hào)以及直流信號(hào)，且磁耦隔離對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸性能較好，即使傳輸模擬信號(hào)，也會(huì)引起信號(hào)的失真，解決方法就是可以對(duì)需要傳輸?shù)哪M信號(hào)進(jìn)行電平抬高，使得模擬信號(hào)的最小電流值可以驅(qū)動(dòng)隔離器件工作，才會(huì)保證被傳輸信號(hào)的不失真。另外一個(gè)解決的方法就是如果將需要傳輸?shù)牡皖l信號(hào)調(diào)制到高頻載波上，再用磁耦合隔離電路隔離傳輸，在接收端再用解調(diào)電路提取出低頻信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)用磁耦合隔離電路傳輸?shù)皖l信號(hào)的目的。本文設(shè)計(jì)的新型磁耦合隔離電路不用調(diào)制和解調(diào)電路就可以實(shí)現(xiàn)低頻和直流信號(hào)的磁耦合隔離傳輸，而且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗小，信號(hào)傳輸延遲很小。

　　電路說(shuō)明：光耦U2用于正極性信號(hào)的隔離，光耦U3用于負(fù)極性信號(hào)的隔離。在隔離電路中，R2調(diào)節(jié)初級(jí)運(yùn)放U1輸入偏置電流的大小，C3起反饋?zhàn)饔?，同時(shí)濾除了電路中的毛刺信號(hào)，避免HCNR201的鋁砷化鎵發(fā)光二極管LED受到意外沖擊。R1可以控制LED的發(fā)光強(qiáng)度，從而對(duì)通道增益起一定的控制作用。HC-NR201是電流驅(qū)動(dòng)，其工作電流要求為1～20 mA。由于是隔離雙極性信號(hào)，因此采用雙電源供電的HA7-5127-5運(yùn)算放大器，其輸出電流可達(dá)25 mA。R3是采樣電阻，將光耦輸出電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，與運(yùn)放U1組成電壓跟隨電路，實(shí)現(xiàn)輸入輸出電路的阻抗匹配。在圖5線性光耦電路中，隔離電路的隔離電壓增益，該隔離電路的隔離增益只與電阻值R3，R2有關(guān)，與光耦的電流傳輸特性無(wú)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了電壓隔離。

　　電平抬高電路的設(shè)計(jì)

　　由于TMS320F2812內(nèi)部集成的A／D采樣范圍為0～3 V，在采集信號(hào)進(jìn)行光耦隔離之前，可以調(diào)節(jié)放大器的增益，使被采集的電壓信號(hào)落到-1．5～+1．5 V范圍之內(nèi)，然后設(shè)計(jì)一個(gè)+1．5 V的基準(zhǔn)電壓源將被采集信號(hào)進(jìn)行電平抬高，這樣就可以保證采樣信號(hào)在0～3 V的范圍內(nèi)，電路如圖6所示。

　　實(shí)現(xiàn)了電平抬高的目的，Ui的取值范圍是-1．5～+1．5 V，Uo的取值范圍是0～3 V。此時(shí)被采集信號(hào)在0～3 V輸入電壓范圍之內(nèi)，滿足要求。