便攜式交流電壓峰值表實現

前 言

　　交流電壓峰值是指交流電壓的最大值(正峰值)或最小值(負峰值)，是工業生產過程中一個非常重要的參數。為保證用電設備的安全，對供電電壓的峰值進行檢測具有重要意義。針對以上缺點，采用MSP430系列單片機、MAX1270模/數轉換器，并利用Modbus-RTU 協議，成功地開發出了低成本、便攜、智能的峰值表設備。

　　1 測量原理

　　由于供電電網的波動及電網的電壓波形是一種非標準正弦波，其峰值不能通過平均值或有效值間接計算。該系統采用對非標準正弦波在一個周期內多次采樣，并通過冒泡法比較采樣值，得到電壓的最大值或最小值作為其正峰值和負峰值。顯然只要采樣密度適當，完全可以得到真實的電壓峰值。我國交流電的頻率為50 Hz，設計中采樣頻率設置為10 kHz，即每個交流波形周期中采樣200次，足以正確地反映出電壓的變化情況，從而確定電壓的峰值。

　　2 硬件設計

　　設計中，以MSP430F449單片機、MAX1270模/數轉換器為主要器件。前端A/D輸入采用電阻分壓方式將交流電進行降壓;采用RS 485芯片作為通信接口芯片，硬件框圖如圖1所示。

　　2.1 A/D輸入調理保護電路設計

　　以220 V交流電為例，其理論峰值電壓為311 V，但考慮到電網波動、正弦波失真等，電壓峰值很可能超過311 V，這時可根據工作經驗和實測情況，選定一個電壓值作為電壓可能達到的最大值，假定為500 V。如果MAX1270的輸入范圍設置為±5 V，則分壓電阻的分壓比應設置為100：1。分壓后的電壓經過運放緩沖后作為A/D芯片的輸入，為保護后級A/D轉換芯片，設置兩個穩壓二極管組成限幅電路。輸入調理電路如圖2所示。

　　2.2 A/D轉換電路

　　A/D轉換電路采用MAX1270芯片，MAX1270是8通道、多量程雙極性輸入、串行輸出、逐次逼近型12位A/D轉換器，最高采樣率為110 kS/s。在單+5 V電源供電下，可通過編程實現±5 V，±1O V，5 V，10 V量程。其中，雙極性輸入十分適合作為交流電壓測量。

　　MAX1270轉換電路如圖2所示，由MSP430F449的I/O口線控制MAX1270的串行接口。由于MAX1270在5 V電壓供電下，輸出4.5 V以上高電平，而MSP430F449的I/O口電平為3.3 V，因此必須附加一個接口芯片，以實現5～3.3 V的電平轉換，這里采用MAX3001雙向電平轉換芯片。A/D轉換電路如圖3所示。