2019.04设计与研发简易功率测量装置程智（黄冈职业技术学院，湖北黄冈，438000）摘要：本设计完成的是简易功率测量装置，测量功率准确，能够测量交、直流电在负载上的功率。并能够动态实时显示负载功率，系统以单片机MSP430F5529为核心，构成一个简易功率测量装置。基于低噪声高精度运算放大器INA128构成的信号采集电路完成对采样电阻上的电流检测。运用真有效值转换芯片AD637对交流信号的处理，并搭建信号调理电路。测量的功率误差小，能够自动识别交直流电信号选择量程。有效的实现了简易功能测量装置的全部功能。关键词：MSP430F5529；INA128；有效值转换芯片；信号调理电路A Simple Power Measuring DeviceCheng Zhi（Huanggang Polytechnic College，Huanggang Hubei，438000）Abstract: This design completes a simple power measuring device, which can measure the power of AC and DC currents on load accurately� It can display the load power dynamically and in real time� The system takes MSP430F5529 as the core and constitutes a simple power measuring device� The signal acquisition circuit based on low noise and high precision operational amplifier INA128 completes the current detection on the sampling resistance� Real RMS conversion chip AD637 is used to process AC signal, and signal conditioning circuit is built� The measured power error is small, and the range of AC and DC signal selection can be automatically identified� All functions of the simple function measuring device are effectively realized�
Key words: MSP430F5529; INA128; RMS conversion chip; signal conditioning circuit
1 系统方案论证
1.1 直流供电负载功率测量方案的选择
方案一：采用差分放大测量负载电流，外接ADC获取负载电压。
利用双运放构成的差分放大器获取采样电阻上的电压，从而计算出负载上面的电流，利用ADC0809采集负载两端电压，通过计算得出负载功率。
方案二：使用仪表运放INA128测量采样电压，MSP430采集负载电压。
INA128是高精度运算放大器，共模抑制比高，测量采样电阻上电压信号准确，通过二级放大，利用MSP430内部12位ADC模块采集电压，通过计算得到负载上的电流，通过信号调理电路，利用MSP430内部ADC采集负载电压，通过计算得到负载上面的电压，最终计算出负载上的功率[1]。
上述两种方案比较，由于设计要求误差不高于1%，应采用低噪声的仪表运放精密型运放，由于设计要求采集电压、电流参数，如果单独外接ADC模块完成信号的采集，不仅增加了设计成本和难度。基于此，采用方案二作为直流供电负载功率测量方案。
HLW8012是市面上比较常见的交流功率测量芯片，内部集成了信号处理模块，DSP运算模块等。能够测量单相电上负载的功率。
方案二：采用真有效值转换芯片AD637测量交流信号参数，实现设计。
采用高精度、高带宽的真有效值检测器件AD637，实现对交流信号的有效值测量，输出为直流电平，该电平为交流信号的有效值。通过对直流信号的采集，实现对负载电参数的测量[2]。
比较这两种方案，由于HLW8012模块，在测量交流电功率时候，必须搞直流对其供电才能正常工作，需要非隔离AD-DC电路进行交流转直流，增加了设计难度与成本，而采用AD637芯片完成对交流信号转换，只需处理直流信号即可对负载上电压与电流的测量，因此采用方案二完成对交流负载功率的测量。
1.3 交直流供电识别方案的选择
方案一：采用光耦采集信号，来分辨电源性质。采用光耦采样输入电压，转换出方波信号或者直线，来区分交直流电源。交流输入的时候，内部的LED会根据外部电源的正反向来驱动LED是否点亮，直流电可以持续点亮，交流电会产生50HZ的闪烁，再给单片机来处理。
方案二：采用LM358读取输入电压识别交直流电。使用LM358构建一个电压比较电路，跟0V电压作为比
1.2 交流供电负载功率测量方案的选择
方案一：采用单相供电功率HLW8012测量芯片，实现功率测量。
25设计与研发较，直流电会产生持续的稳定电平输出，交流则会产生50HZ的方波信号输出，之后交给单片机处理。方案比较：方案一因为光耦的驱动电压需要大于Vir=2.3V，所以低于2.3V的电压没法有效检测，而方案二则不受局限，没有电压死区，适用范围更广，所以采用方案二。2019.042.2 电路设计分析（1）电源电路电路由开关电源芯片TPS5430输出正负12V、5V电源负责系统供电。（2）电流检测与处理电路由INA128仪表放大器采集0.05Ω电阻的阻值，采样差模信号，将放大的信号输出至AD637真有效值芯片，AD637输出直流信号送至单片机处理。（3）信号衰减电路通过电阻分压，如果电源输入信号过高，单片机通过控制继电器，实现档位的切换，保证采集数据在合理范围之内[3]。2 系统设计2.1 总体设计系统系统框图如图1所示，由数字信号发生电路、阶梯波发生器、锯齿波发生器、按键等组成。3 小结本设计基于AD637真有效值芯片完成对交流信号有效值的测量，运用INA128构成的仪表放大电路，对采用电阻电信号采集，从而得到负载电流，利用分压电路对负载电阻电压进行衰减，采集负载电压，从而得到负载电压，最终通过计算可以算出负载上面的功率。参考文献[1]宋积敏,翟明.移动式电动机试验测量装置[J].电工技术,2017(08):112-113+122.
[2]高爱华,彭东东,闫丽荣.激光环境散射率测量装置的设
计[J].实验室研究与探索,2017,36(06):58-61.
[3]邢德键.三分量线圈水平分量测量装置研究[D].西安石
油大学,2017.
图1 系统设计框图
图2 电路设计图
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