易平波 潘建生 葉云輝 劉志英

(96421部隊(duì)司令部1) 寶雞 721012)(南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)與安全環(huán)境學(xué)院2) 南京 210009)

1 引言

基于電力線載波通信的城市燈飾控制系統(tǒng)中,控制終端負(fù)載能力是一個(gè)重要的研究參數(shù)。以燈飾控制為例,基于意法半導(dǎo)體公司電力載波通信芯片ST7540開發(fā)的某載波數(shù)傳模塊,其負(fù)載能力通常為1200W,當(dāng)超出這一值時(shí)會(huì)給系統(tǒng)帶來較強(qiáng)的干擾,誤碼大大增加,導(dǎo)致通信不可靠,因此如何設(shè)計(jì)一個(gè)負(fù)載功率檢測(cè)電路,用以檢測(cè)負(fù)載功率大小并對(duì)負(fù)載功率進(jìn)行工作區(qū)間限定,對(duì)于保證控制系統(tǒng)正常工作起著至關(guān)重要的作用。現(xiàn)有檢測(cè)方法多是基于過零檢測(cè)理論,利用過零檢測(cè)芯片、反相器和一些與非門組成電路,設(shè)計(jì)器件多、電路復(fù)雜,且功能單一,不適合推廣使用[1～4]。本文介紹一種較為簡(jiǎn)單實(shí)用的檢測(cè)電路。

2 電路原理及結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)采用的檢測(cè)電路,其原理主要是:負(fù)載引起的電流變化,通過線性互感器和后續(xù)整流處理,經(jīng)低通濾波,由PIC單片機(jī)對(duì)電壓值進(jìn)行編碼檢測(cè),完成測(cè)量參數(shù)的計(jì)算和處理。

電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,主要包括整流互感、電流電壓轉(zhuǎn)換、π濾波和電壓檢測(cè)四部分[5～6]。

3 電路參數(shù)設(shè)計(jì)

某基于意法半導(dǎo)體公司電力載波通信芯片ST7540開發(fā)的載波數(shù)傳模塊的負(fù)載能力閾值為1200W,根據(jù)系統(tǒng)需求,結(jié)合實(shí)際,本設(shè)計(jì)以1000W負(fù)載能力為設(shè)計(jì)目標(biāo)。前面提到,本設(shè)計(jì)的檢測(cè)電路,主要基于線性互感器和后續(xù)整流處理,經(jīng)低通濾波后,通過PIC單片機(jī)對(duì)電壓值進(jìn)行檢測(cè),完成測(cè)量參數(shù)的計(jì)算和處理。其具體工作原理是:負(fù)載端負(fù)載功率大小變化會(huì)導(dǎo)致線路電流的變化(P=UI),經(jīng)線性電感可以感應(yīng)出的與之線性變化的電流值,對(duì)感應(yīng)電流值通過測(cè)量電阻轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行測(cè)量,由線性關(guān)系,即可得到相應(yīng)負(fù)載端功率的大小值[5]。

圖1 負(fù)載功率檢測(cè)電路原理圖

本檢測(cè)電路設(shè)計(jì)核心在于R1值的確定。不妨設(shè)帶負(fù)載后交流線路上的電流為I,經(jīng)線性互感整流后的電流I為線性關(guān)系,即通過R1的電流為k I(k為常數(shù)),則R1上的電壓值為k IR1。因此,根據(jù)設(shè)計(jì)思路,當(dāng)負(fù)載端為設(shè)計(jì)目標(biāo)閾值1000W時(shí),測(cè)試端即R1上的電壓值具有最大值,且由于單片機(jī)的測(cè)試能力為0～5V,此時(shí)對(duì)應(yīng)單片機(jī)檢測(cè)值應(yīng)為5V,其它單片機(jī)檢測(cè)值分別線性對(duì)應(yīng)某負(fù)載功率值,通過單片機(jī)控制程序把編碼值和檢測(cè)值對(duì)應(yīng)判斷,即可完成功率檢測(cè)全過程。需通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),選擇合適的R1值,以把感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換為0～5V區(qū)間的電壓值,以滿足上述設(shè)計(jì)思路。為測(cè)定合理的參數(shù)值,根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),不妨設(shè)R1=2k,其它參數(shù)參考π濾波電路有關(guān)資料。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及結(jié)論

根據(jù)設(shè)計(jì)的電路,搭建試驗(yàn)?zāi)K,R1=2k時(shí)對(duì)應(yīng)不同負(fù)載功率得到測(cè)試數(shù)據(jù)如下表前兩項(xiàng),據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),當(dāng)960W 負(fù)載時(shí),檢測(cè)電壓約 2.15V,由于其線性關(guān)系,應(yīng)擴(kuò)大至5V左右,有R1=2k*5/2.4≈4.65k,結(jié)合實(shí)際,可取R1=4.7k,重新測(cè)試得到數(shù)據(jù)如表1后兩項(xiàng)[5]。

分析測(cè)試數(shù)據(jù),可發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律:

1)同一模塊同一R1值條件下,測(cè)試電壓值和負(fù)載功率值成線性關(guān)系。

2)不同一模塊同一R1值條件下,同一負(fù)載功率下測(cè)試電壓值基本一致。

3)同一模塊不同R1值條件下,同一負(fù)載功率下測(cè)試電壓值比值與R1比值基本一致。

4)不同一模塊不同R1值條件下,同一負(fù)載功率下測(cè)試電壓值比值與R1比值基本一致。

5)R1=4.7k,負(fù)載功率約1000W 時(shí),測(cè)試電壓值小于5V。

6)所有線性關(guān)系中,與理論值存在一定的誤差,但能滿足現(xiàn)實(shí)需求。

表1 用于確定R1值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

上述規(guī)律是此電路設(shè)計(jì)原理的反應(yīng),表明在工程誤差允許范圍內(nèi),電路設(shè)計(jì)值達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)有效可行。工程實(shí)踐證明,本設(shè)計(jì)電路成本低、簡(jiǎn)單、有效,結(jié)合單片機(jī)檢測(cè)和控制處理,能有效在燈飾控制中發(fā)揮作用,具有廣泛應(yīng)用的良好前景。

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