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TI C2000 LaunchPad“画”外围之家用智能功率监视器方案描述 [复制链接]

一、信号采集部分
    做信号采集首先得了解源信号和目标信号的相关信息,以便在中间进行信号的变换。家用智能功率监视器监视的是家用电器的功率,因此源信号为家用电,也就是我们俗说的市电。目标信号是给ADC采集时的最终信号,应该根据所选的ADC决定。既然使用C2000 LaunchPad作为主CPU,为了设计简单,ADC自然也就使用28027的内部AD了。28027的内部AD为12位,输入信号为0-3.3V(内部基准,同样为了设计简单,不使用外部基准)。但由于隔离运放的最大输出为1.29±1V.,因此也可以考虑使用2.5V基准,即输入信号范围为0.-2.5V。功率监视需要采集市电的电压和电流值,经过处理计算功率及电能等参数。市电的额度电压值为220V,上下浮动一般不会超过10%,设计试为了再大限度的满足要求,设计输入电压为220*(1-0.2)----220*(1+0.2),即176V----264V。家用电器的电流变化范围比较大,低的可低至几十mA,如节能灯;高的可至十几A以上,如空调,电烤箱等。为了监视大部分家用电器,设计电流为0.1A---15A,监视功率范围为22W---3300W(暂不考虑功率因数的影响)。
    由于采集市电电压,直接采集有一定的危险性,因此采用强电与弱电隔离的方案。常规的交流电压电流采集一般采用互感器隔离,优点是技术成熟,原理简单。缺点是体积较大,电路复杂,一般需要正负电源供电。本方案采用TI公司的隔离运放AMC1200做隔离方案。AMC1200可以接受正负250mV的差分信号,输出为单极性的信号,可以直接给28027的内部AD而不需要加法电路进行双极性到单极性的转换。
    AMC1200的简单介绍如下:


    详细介绍可参考查看详情

    信号的再处理,市电的电压变化范围较小,ADC有效位数可以利用的比较充分。但是电流变化范围比较大,0.1A—15A有150倍的变化范围,这样的范围单路AD无法在全部量程内达到预计精度。因此可以对单路电流信号进行分别放大,根据不同的量程选择不同的系数以满足精度要求。根据预定的设计电流范围,可以选择电流每变化6倍采用一个放大系数,即0.1A-0.6A,0.6A-3.6A,3.6A-21.6A三个档位,这样做可以使量程扩大到21.6A。姑且暂定为这个值。 运放的选择,由于运放输出的最大不会超过AD的采样范围3.3V,因此可以选择低电压的运放,选用TI的LMV358作为电流放大的运放。

    二、电源部分

    电源应该根据实际选择的元器件的需求决定,C2000 LaunchPad需要的电源为3.3V,运放也可以使用3.3V供电。隔离运放的输入侧根据要求应使用5V供电。为了设计简单,采用线性电源为设备供电,市电经过双绕组变压器再整流后分别经过两个LDO,得到两个相互隔离的直流电压,分别给隔离运放和CPU供电。

    三、人机交互及扩展部分

    要想监视功率肯定需要人机交互,本来打算使用12864的OLED屏做显示,但是还得买去,手里有个大液晶,调试的时候也许暂时使用这个了。按键采用5个或3个独立按键。扩展部分暂时打算加一个实时时钟和一个通讯。硬件上多一个实时时钟芯片就行了,使用C2000 LaunchPad自带的USB转的串口,不再赘述。

    四、硬件框图
    硬件框图没有变动,就是原来的


    五、软件框图
    软件其实没什么特殊的,无非是初始化系统,然后就是一个大循环,不停的采样计算,并处理按键及显示部分了。暂且不画了。

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强电 怕怕  详情 回复 发表于 2013-4-26 11:22
 
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