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泄露电流检测示波仪的研发

贺雨晨  
【摘要】:越来越多的电力行业事故表明,泄漏电流正在成为漏电伤人以及因漏电而引起的火灾事故的罪魁祸首。为了满足低压配电线路中检测泄漏电流的需要,设计研发了一款适合于低压配电线路运行参数测量的,集数字多用表、双通道电力示波器多功能合一的手持便携式仪表。仪器可以完成对三相交流电流、电压有效值、频率以及相位差的测量;还具有示波器的功能,可对电流、电压信号的波形进行显示。并且所有数据均可以保存至SD卡,以备查看。 文章主要从硬件和软件两个角度入手论述了设计的思路和实现的方法。硬件方面,详细描述了电源模块、C8051F120的外围电路模块、信号的采集及调理模块、外部AD转换模块、仪器通信模块、按键与拨挡开关模块,热流模块、电磁兼容性和仪器PCB与结构等模块的设计;软件部分主要介绍了各个子模块功能的实现,重点阐述了系统关键参数计算的原理与具体的算法实现,分步介绍了系统子模块程序的设计,最后还介绍了系统软件滤波的算法。系统采用互感器对信号进行采样,电流路配备了电流互感器,它具有磁性屏蔽技术,内部配备了用特殊合金构成的化感铁芯,可以消除外部磁场的影响,满足了对微弱电流的测量精度的要求,满足线路电流及各种泄漏电流的精准测量;电压方面配备了测量用的精密微型电压互感器,它实质上是一种电流型的电压互感器;后级使用多级放大电路对信号进行调理,加入数字电位器以实现对运放增益的自动控制,使用电压比较器对信号进行整流;系统采用14位外部AD进行模数转换;内部采用数模混合的C8051F120芯片来进行控制与数据处理;由于是便携式设备,所以电源选用开关电源,体积小、效率高,引入了1.25V的基准电压;人机交互界面采用128*96的4级灰度液晶显示屏作为屏幕,拨挡开关与按键构成了主按键板;由于系统所需器件较多,一块线路板难以放置所有器件,因此按键及切换开关采用单独PCB板,平行固定于主控板上方。仪器历经2次投板,多次测试与调试。最终,核心参数达到设计要求,核心功能得以实现。


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