基于单片机的霍尔电流检测装置硬件开发

绪论

电流检测有多种方法，最通用的方法是采用阻性分流器、互感器或霍尔传感器。阻性分流器工作时与负载串联，无法进行隔离测量；互感器只适用于50 Hz工频交流的测量；霍尔检测技术综合了互感器和分流器技术的所有优点，同时又克服了互感器和分流器的不足，采用一只霍尔电流电压传感器／变送器模块检测元件，既可以检测交流，也可以检测直流，甚至可以检测瞬态峰值，同时又能实现主电路回路和电子控制电路的隔离，因而是替代互感器和分流器的新一代产品。

基于霍尔传感器的电流检测系统以AT89C51单片机为核心，应用霍尔传感器技术，实现对被检测电路电流的测量。检测系统硬件电路包括电源电路、单片机电路、数据采集电路、数码显示电路、电流检测电路，系统硬件框图如图1所示。

图1 系统硬件框图

第一章硬件原理图的设计

1.1电源电路

图2 电源模块

如图2所示.系统的供电电源由220V-9V变压器提供.考虑到变压器体积比较大,且220V属于较高电压,容易影响板子芯片的正常

工作.我们选择变压器独立外接的处理办法.

变压器二次侧的输出电压为交流9V电源,经过整流桥得到脉动的直流电源,经过滤波电容,稳压管78L05,以及二次滤波电容的

处,得到符合系统要求的+5v电源，为装置各部分电路供电，保证

各装置的正常工作。

1.2电流检测电路

选用ACS712作为电流检测传感器.ACS7i2是Allegro公司新推出的一种线性电流传感器，该器件内置有精确的低偏置的线性霍尔传感器电路，能输出与检测的交流或直流电流成比例的电压。具有低噪声，响应时间快(对应步进输入电流，输出上升时间为5 S)，50千赫带宽，总输出误差最大为4％，高输出灵敏度(66mV／A～185 mV／A)，使用方便、性价比高、绝缘电压高等特点，主要应用于电动机控制、载荷检测和管理、开关式电源和过电流故障保护等，特别是那些要求电气绝缘却未使用光电绝缘器或其它昂贵绝缘技术的应用中。

1.2.1 引脚描述

ACS712采用小型的SOIC 8 封装，其引脚分布如图3所示，采用单电源5V供电。各引脚的功能介绍如表l所示，其中引脚1和2、3和4均内置有保险，为待测电流的两个输入端，当检测直流电流时，l和2、3和4分别为待测电流的输入端和输出端。

表1 ACS712各引脚功能描述

引脚名称功能描述

1和 2 IP+ 被测电流流输入或输出3和4 IP- 被测电流流输入或输出

5 GND 信号地

6 FILTER 外接电容

7 VIOUT 模拟电压输出

8 VCC 电源电压

图3 ACS712引脚图

1. 2. 2 ACS712内部结构及工作原理

图4 ACS71 2的工作原理图

ACS71 2的工作原理如图4所示，该器件主要由靠近芯片表面的铜制的电流通路和精确的低偏置线性霍尔传感器电路等组成。被测电流流经的通路(引脚l和2，3和4之间的电路)的内电阻通常是1．2m欧姆，具有较低的功耗。被测电流通路与传感器引脚(引脚5～8)的绝缘电压>2．1kVRMS，几乎是绝缘的。流经铜制电流通路的电流所产生的磁场，能够被片内的霍尔IC感应并将其转化为成比例的电压。通过将磁性信号尽量靠近霍尔传感器来实现器件精确度的最优化。精确的成比例的输出电压由稳定斩波型低偏置BiCMOS霍尔集成电路提供，该集成电路在出厂时已进行了精确的编程。稳定斩波技术是一种新技术，它给片内的

霍尔元器件和放大器提供最小的偏置电压，该技术几乎可以消除芯片由于温度所产生的输出漂移。

ACS712内含一个电阻RF(INT)i[I-个缓冲放大器，用户可以通过FITER引脚(第6脚)外接一个容CF与RF(INT)组成一个简单的外接RC低通滤波器，由于内部缓冲放大器能消除因芯片内部电阻和接口负载分压所造成的输出衰减，所以外接的RC低通滤波器不会影响信号的衰减，且可进一步降低输出噪音并改善低电流精确度。此外，ACS71 2的响应时间比一般的器件缩短了两倍以上，非常适合保护及高速应用。

特性曲线与典型应用

表2 ACS712的特性曲线

上表为ACS712 3OA 输出电压与检测电流关系的特性曲线，在检测范围±30A内，传感器的输出电压和检测电流成正比，几乎不受温度的影响。

1. 2. 3 ACS712在原理图中的运用

图5 ACS712在原理图中的运用

如图5所示，被测电流通过ACS712芯片时，该芯片利用霍尔效应，将被测电流转换成0~5V DC模拟信号。

1.3 数据采集电路

由于AT89C51片内没有A／D转换，根据系统设计要求，需要在片外扩展A／D转换接口。本设计选用ADC0804转换器.

ADC0804是属于连续渐进式（Successive Approximation Method）的A/D转换器，这类型的A/D转换器除了转换速度快（几十至几百us）、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上。

以输出8位的ADC0804动作来说明“连续渐进式A/D转换器”的转换原理，动作步骤如下表示（原则上先从左侧最高位寻找起）。

第一次寻找结果：10000000 （若假设值≤输入值，则寻找位=假设位=1）

第二次寻找结果：11000000 （若假设值≤输入值，则寻找位=假设位=1）

第三次寻找结果：11000000 （若假设值>输入值，则寻找位=该假设位=0）

第四次寻找结果：11010000 （若假设值≤输入值，则寻找位=假设位=1）

第五次寻找结果：11010000 （若假设值>输入值，则寻找位=该假设位=0）

第六次寻找结果：11010100 （若假设值≤输入值，则寻找位=假设位=1）

第七次寻找结果：11010110 （若假设值≤输入值，则寻找位=假设位=1）

第八次寻找结果：11010110 （若假设值>输入值，则寻找位=该假设位=0）

这样使用二分法的寻找方式，8位的A/D转换器只要8次寻找，就能完成转换的动作，其中的输入值代表的是模拟输入电压Vin +.

1.3.1 ADC0804的管脚图：

图6 ADC0804的引脚图

各个管脚的作用：

D0-D7：八位数字量输出端；

CLK：为芯片工作提供工作脉冲，时钟电路如图所示，时钟频率计算方式是：fCK=1/(1.1×R×C）

CS：片选信号；

WR：写信号输入端；

RD：读信号输入端；

INTR：转换完毕中断提供端；

其他管脚连接如图，是供电和提供参考电压的管脚输入端

芯片参数:

工作电压：+5V，即VCC=+5V。

模拟输入电压范围：0～+5V，即0≤Vin≤+5V。

分辨率：8位，即分辨率为1/2=1/256，转换值介于0～255之间。

转换时间：100us（fCK=640KHz时）。

转换误差：±1LSB。

参考电压：2.5V，即Vref=2.5V。

1.3.2 ADC0804外围电路以及与单片机的的链接图

图6 ADC0804外围电路图

调整变阻器HAUBLAN20K，使辅助参考端VREF脚得到2．5 V标准参考电压。在CLKIN、CLKOUT端设计RC振荡电路，由于ADC0804频率限制在100～1 460 kHz，通过对频率公式F=1／(1．1RC)的计算，选择电阻

R=20 k，电容C=200 pF，即可得到符合设计要求的频率。

图7 ADC0804与单片机的的链接图

如图7所示，ADC0804的DB0～DB7分别接单片机的P0．0～PO．7，AGND、DGND、CS、VIN- 端接地，RD、WR端分别接单片机的RD、WR端，中断请求端INTR接单片机的P2．0口，VIN+ 端接采集信号输入。

1．4单片机的最小系统

本设计采用AT89C51单片机作为电路控制的核心。AT89C51是一种低功耗／低电压、功能强、灵活性高且价格合理的8位单片机。片内有128 B的RAM数据存储器，4 KB的ROM．程序存储器，4个I／0口，1个串口，2个定时／计数器，5个中断源，无内置看门狗，也无A／D转换。根据系统设计要求，需要在片外扩展A／D转换接口。AT89C51单片机片内的4 KB ROM只读存储器为FLASH存储器。该存储器采用CMOS工艺框中动态显示，将采集到的数据保存到数据库文件方便和快捷、系统界面友好、性能稳定和可扩展性强中，并通过以太网络传输数据，实现远程测控功能等优点，具有较高的实际应用价值。和ATEMEL公司的高密度非易失性存储器技术，与工业标准的MCS一51指令集和输出管脚相兼容，可通过专用编程器即擦即写，允许擦写次数可达100000次。

1.4.1管脚说明

图 8 AT89C51 引脚图

VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程

时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

表3 P3口备选功能表

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE

的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA 将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。

振荡器特性:

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

51系列的单片机的复位信号有RST引脚输入,高电平有效.当RST引脚输入高电平并保持两个机器周期已上时,单片机内部就会执行复位操作.为了保证复位的成功,一般复位引脚RST上只要出现10ms以上的高电平,单片机就实现了可靠复位.在这里我们选择手动复位的方式.当按下复位按扭开后,电容c通过10k电阻迅速放电,是RST迅速变为高电平,复位按钮松开后,电容通过R和内部下拉电阻放电,使RST断逐渐恢复为低电平.从而完成一次成功地复位.

图 9 单片机的复位电路

单片机的时序就是CPU在执行指令时所需要的控制信号的时间

顺序.单片机的时钟信号用来为芯片内部各种微操作提供时间基准,也就是说,在执行指令时,CPU首先要到程序存储器中取出所需要执行的

指令码,然后对指令码进行译码,并又时序不见产生一系列控制信号去完成指令的执行操作.在这里.我们选择了用外部时钟的方式产生时钟.来控制单片机的工作时序.

图 10 单片机的时钟电路

微弱信号检测装置(实验报告)剖析

2012年TI杯四川省大学生电子设计竞赛 微弱信号检测装置（A题） 【本科组】

微弱信号检测装置（A题） 【本科组】 摘要：本设计是在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，采用TI公司提供的LaunchPad MSP430G2553作为系统的数据采集芯片，实现微弱信号的检测并显示正弦信号的幅度值的功能。电路分为加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路、以及数码管显示电路组成。当所要检测到的微弱信号在强噪音环境下，系统同时接收到函数信号发生器产生的正弦信号模拟微弱信号和PC机音频播放器模拟的强噪声，送到音频放大器INA2134，让两个信号相加。再通过由电位器与固定电阻构成的纯电阻分压网络使其衰减系数可调（100倍以上），将衰减后的微弱信号通过微弱信号检测电路，检测电路能实现高输入阻抗、放大、带通滤波以及小信号峰值检测，检测到的电压峰值模拟信号送到MSP430G2553内部的10位AD 转换处理后在数码管上显示出来。本设计的优点在于超低功耗 关键词：微弱信号MSP430G2553 INA2134 一系统方案设计、比较与论证 根据本设计的要求，要完成微弱正弦信号的检测并显示幅度值，输入阻抗达到1MΩ以上，通频带在500Hz~2KHz。为实现此功能，本设计提出的方案如下图所示。其中图1是系统设计总流程图，图2是微弱信号检测电路子流程图。 图1系统设计总流程图 图2微弱信号检测电路子流程图

1 加法器设计的选择 方案一：采用通用的同相/反相加法器。通用的加法器外接较多的电阻，运算繁琐复杂，并且不一定能达到带宽大于1MHz，所以放弃此种方案。 方案二：采用TI公司的提供的INA2134音频放大器。音频放大器内部集成有电阻，可以直接利用，非常方便，并且带宽能够达到本设计要求，因此采用此方案。 2 纯电阻分压网络的方案论证 方案一：由两个固定阻值的电阻按100:1的比例实现分压，通过仿真效果非常好，理论上可以实现，但是用于实际电路中不能达到预想的衰减系数。分析：电阻的标称值与实际值有一定的误差，因此考虑其他的方案。 方案二：由一个电位器和一个固定的电阻组成的分压网络，通过改变电位器的阻值就可以改变其衰减系数。这样就可以避免衰减系数达不到或者更换元器件的情况，因此采用此方案。 3 微弱信号检测电路的方案论证 方案一：将纯电阻分压网络输出的电压通过反相比例放大电路。放大后的信号通过中心频率为1kHz的带通滤波器滤除噪声。再经过小信号峰值电路，检测出正弦信号的峰值。将输出的电压信号送给单片机进行A/D转换。此方案的电路结构相对简单。但是，输入阻抗不能满足大于等于1MΩ的条件，并且被测信号的频率只能限定在1kHz，不能实现500Hz~2KHz 可变的被测信号的检测。故根据题目的要求不采用此方案。 方案二：检测电路可以由电压跟随器、同相比例放大器、带通滤波电路以及小信号峰值检测电路组成。电压跟随器可以提高输入阻抗，输入电阻可以达到1MΩ以上，满足设计所需；采用同相比例放大器是为了放大在分压网络所衰减的放大倍数；带通滤波器为了选择500Hz～2KHz的微弱信号；最后通过小信号峰值检测电路把正弦信号的幅度值检测出来。这种方案满足本设计的要求切实可行，故采用此方案。 4 峰值数据采集芯片的方案论证 方案一：选用宏晶公司的STC89C52单片机作为。优点在于价格便宜，但是对于本设计而言，必须外接AD才能实现，电路复杂。

霍尔电流传感器的应用场合

霍尔电流传感器的应用场合 1、继电保护与测量：在工业应用中，来自高压三相输电线路电流互感器的二次电流，如分别经三只霍尔电流传感器，按比例转换成毫伏电压输出，然后再经运算放大器放大及有源滤波，得到符合要求的电压信号，可送微机进行测量或处理。在这里使用霍尔电流传感器可以很方便地实现了无畸变、无延时的信号转换。 2、在直流自动控制调速系统中的应用：在直流自动控制调速系统中，用霍尔电流电压传感器可以直接代替电流互感器，不仅动态响应好，还可实现对转子电流的最佳控制以及对晶闸管进行过载保护。 3、在逆变器中的应用：在逆变器中，用霍尔电流传感器可进行接地故障检测、直接侧和交流侧的模拟量传感，以保证逆变器能安全工作。 4、在不间断电源中的应用：在该应用中，用霍尔电流传感器进行控制，保证逆变电源正常工作。使用霍尔电流传感器1发出信号并进行反馈，以控制晶闸管的触发角，霍尔电流传感器2发出的信号控制逆变器，霍尔电流传感器3控制浮充电源。由于其响应速度快，霍尔电流传感器特别适用于计算机中的不间断电源。 5、在电子点焊机中的应用：在电子点焊机电源中，霍尔电流传感器起测量和控制作用。它的快速响应能再现电流、电压波形，将它们反馈到可控整流器A、B，可控制其输出。用斩波器给直流迭加上一个交流，可更精确地控制电流。用霍尔电流传感器进行电流检测，既可测量电流的真正瞬时值，又不致引入损耗。 6、用于电车斩波器的控制：电车中的调速是由调整电压实现的。而将霍尔电流传感器和其它元件配合使用，并将传感器的所有信号输入控制系统，可确保电车正常工作。 7、在交流变频调速电机中的应用：用变频器来对交流电机实施调速，在世界各发达国家已普遍使用，且有取代直流调速的趋势。用变频器控制电机实现调速，可节省10％以上的电能。在变频器中，霍尔电流传感器的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。由于霍尔电流传感器的响应时间往往小于5μs，因此，出现过载短路时，在晶全管未达到极限温度之前即可切断电源，使晶体管得到可靠的保护。 8、用于电能管理：霍尔电流传感器，可安装到配电线路上进行负载管理。霍尔电流传感器的输出和计算机连接起来，对用电情况进行监控，若发现过载，便及时使受控的线路断开，保证用电设备的安全。用这种装置，也可进行负载分配及电网的遥控、遥测和巡检等。

2018年TI杯大学生电子设计竞赛题A-电流信号检测装置_电子设计竞赛报告

电子设计竞赛报告 一、实验题目： 如图1所示，由任意波信号发生器产生的信号经功率放大电路驱动后，通过导线连接10Ω电阻负载，形成一电流环路；设计一采用非接触式传感的电流信号检测装置，检测环路电流信号的幅度及频率，并将信号的参数显示出来。 图1 信号检测图 二、测试电流方案： 任意波信号发生器产生的信号经功率放大电路驱动后，通过导线连接10Ω电阻负载，形成一电流环路，然后将导线经过一个通过用漆包线在锰芯磁环上绕制的线圈，线圈的两端接上一个8.2Ω的电阻，把电流转化为电压，然后经过一个差分放大器，把小电压转化为大电压便于测量。最后可以得到输出电压和环路电流的线性关系，当测得输出电压过后就可以计算出环路电流了，即测得了环路电流值。 三、线圈绕制及测试结果： （1）线圈绕制： 用漆包线在锰芯磁环上绕制线圈，缠绕前需要制作一个梭子帮助绕制导线，缠绕过程中需要待上线织手套防止手汗影响线圈性能，缠绕大概100圈左右，注意线圈需要缠紧，最后线圈缠绕过后用胶布缠绕上，用砂纸打磨线圈的两端。 （2）N2线圈匝数测量 把函数发生器与功率放大器，10Ω电阻相连接，同时导线要绕过线圈，线圈的两端接上一个电阻。先改变函数发生器两端的电压，然后观察电阻两端的电压的变化，最后根据 V1 R1n1= V2 R2 n2 其中n1=1,R1=10Ω。

图2 8.2Ω所接线圈比值 由图2和数据可以得到在10Ω的电阻的两端的电压较小的时候，测得的数据误差较大，可以去掉前面三个误差比较大的数据，得到的数据求平均值，得到的线圈的匝数 为n 2=108.3301，可得匝数约为108匝。

由数据可得，在频率大于400HZ的时候，输出电压的大小不随函数发生器频率的改变而改变，在250HZ到400HZ的时候，输出电压的大小不随函数发生器频率的改变而变化较小，在小于250HZ的时候，输出电压的大小不随函数发生器频率的改变而变化较大。 图3 7.1Ω所接线圈比值 由图3和数据可以得到在10Ω的电阻的两端的电压较小的时候，测得的数据误差较大，可以去掉前面五个误差比较大的数据，得到的数据求平均值，得到的线圈的匝数为n2=107.3434，可得匝数约为107匝。 当V1=6.8v时，改变频率，测量数据如下：

霍尔电流传感器说明书

'4 &, ????????????FS500EK1 Hall-effect Current Sensor Series ??????????????????????????????????ф????????????ǎ Open loop current sensor based on the principle of Hall-effect. It can be used for measuring AC,DC,pulsed and mi. ?????1,+15V 2,-15V 3,V out 4,0V(???) OFS,????GIN,???? Elucidation: 1:+15V 2:–15V 3: VOUT 4:0V(GND) OFS:Zero adjustment GIN:Gain adjustment ????/Remarks 1???????????????ǎ????????????????????????????????????ǎ2???????????????????????ǎ 3??????????????К???????????ǎ·Incorrect connection may lead to the damage of the sensor. ·VOUT is positive when the IP flows in the direction of the arrow. ???/Electrical characteristics ??Type ?????К?? Primary nominal input current ???????? Measuring range of primary current ????????Nominal output voltage ???? Supply voltage ???? Current consumption ???? Insulation voltage ???Linearity ??????Offset voltage ?????Residual voltage ??????Thermal drift of V0???? Response time ????(-3dB) Frequency bandwidth(-3dB) ?????? Ambient operating temperature ?????? Ambient storage temperature ???? Load resistance ?юStandard FS050EK1FS100EK1 FS200EK1 FS300EK1FS400EK1 FS500EK1 50 100 200 300 400 5000～±100 0～±200 0～±400 0～±600 0～±800 0～±1000 4±1%±12～±15(±5%) V C =±15V <25 ??????????2 .5KV ???/50Hz/1?? <1 T A =25℃ I PN ? I P =0 T A =-25?+85? 　<±1 DC ?20-25?+85 .GI/FS-0105 -40?+100A A V V mA %FS mV mV mV/℃?V kHz ℃℃??????mm ?/Dimensions of drawing (mm) I PN I P V OUT V C I C V d ?L V 0V OM V OT Tr f T A T S R L 5 electronics

微弱信号检测装置(实验报告)

微弱信号检测装置 摘要：本设计是在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，采用TI公司提供的LaunchPad MSP430G2553作为系统的数据采集芯片，实现微弱信号的检测并显示正弦信号的幅度值的功能。电路分为加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路、以及数码管显示电路组成。当所要检测到的微弱信号在强噪音环境下，系统同时接收到函数信号发生器产生的正弦信号模拟微弱信号和PC机音频播放器模拟的强噪声，送到音频放大器INA2134，让两个信号相加。再通过由电位器与固定电阻构成的纯电阻分压网络使其衰减系数可调（100倍以上），将衰减后的微弱信号通过微弱信号检测电路，检测电路能实现高输入阻抗、放大、带通滤波以及小信号峰值检测，检测到的电压峰值模拟信号送到MSP430G2553内部的10位AD 转换处理后在数码管上显示出来。本设计的优点在于超低功耗 关键词：微弱信号MSP430G2553 INA2134 一系统方案设计、比较与论证 根据本设计的要求，要完成微弱正弦信号的检测并显示幅度值，输入阻抗达到1MΩ以上，通频带在500Hz~2KHz。为实现此功能，本设计提出的方案如下图所示。其中图1是系统设计总流程图，图2是微弱信号检测电路子流程图。 图1系统设计总流程图 图2微弱信号检测电路子流程图 1 加法器设计的选择 方案一：采用通用的同相/反相加法器。通用的加法器外接较多的电阻，运算繁琐复杂，并且不一定能达到带宽大于1MHz，所以放弃此种方案。

方案二：采用TI公司的提供的INA2134音频放大器。音频放大器内部集成有电阻，可以直接利用，非常方便，并且带宽能够达到本设计要求，因此采用此方案。 2 纯电阻分压网络的方案论证 方案一：由两个固定阻值的电阻按100:1的比例实现分压，通过仿真效果非常好，理论上可以实现，但是用于实际电路中不能达到预想的衰减系数。分析：电阻的标称值与实际值有一定的误差，因此考虑其他的方案。 方案二：由一个电位器和一个固定的电阻组成的分压网络，通过改变电位器的阻值就可以改变其衰减系数。这样就可以避免衰减系数达不到或者更换元器件的情况，因此采用此方案。 3 微弱信号检测电路的方案论证 方案一：将纯电阻分压网络输出的电压通过反相比例放大电路。放大后的信号通过中心频率为1kHz的带通滤波器滤除噪声。再经过小信号峰值电路，检测出正弦信号的峰值。将输出的电压信号送给单片机进行A/D转换。此方案的电路结构相对简单。但是，输入阻抗不能满足大于等于1MΩ的条件，并且被测信号的频率只能限定在1kHz，不能实现500Hz~2KHz 可变的被测信号的检测。故根据题目的要求不采用此方案。 方案二：检测电路可以由电压跟随器、同相比例放大器、带通滤波电路以及小信号峰值检测电路组成。电压跟随器可以提高输入阻抗，输入电阻可以达到1MΩ以上，满足设计所需；采用同相比例放大器是为了放大在分压网络所衰减的放大倍数；带通滤波器为了选择500Hz～2KHz的微弱信号；最后通过小信号峰值检测电路把正弦信号的幅度值检测出来。这种方案满足本设计的要求切实可行，故采用此方案。 4 峰值数据采集芯片的方案论证 方案一：选用宏晶公司的STC89C52单片机作为。优点在于价格便宜，但是对于本设计而言，必须外接AD才能实现，电路复杂。 方案二：采用TI公司提供的MSP430G2553作为控制芯片。由于MSP430G2553资源配置丰富，内部集成了10位AD，可以直接使用，简化电路，程序实现简单。此外还有低功耗，以及性价比高等优点，所以采用该方案。 5 显示电路的方案设计 方案一：采用液晶显示器作为显示电路，液晶显示器显示内容较丰富，可以显示字母数

微电流检测资料

目录 1、设计背景 (1) 2、设计方案选择 (1) 2.1典型的微电流测量方法 (1) 2.1.1开关电容积分法[1] (1) 2.1.2运算放大器法 (2) 2.1.3场效应管+运算放大器法 (2) 2.2总体设计方案 (3) 3、具体设计方案及元器件的选择 (4) 3.1稳流信号源问题 (4) 3.2I/V转换及信号滤波放大 (5) 3.2.1前级放大 (5) 3.2.2滤波及后级放大电路 (6) 3.2.3运算放大器的选取 (6) 3.3量程自动转换 (6) 3.4信号采集处理 (7) 4、软件仿真结果 (8) 5、参考资料 (9)

微电流测试电路设计 1、设计背景 微电流是指其值小于-6 10A的电流,微电流检测属于微弱信号检测的一个分支，是一门针对噪声的技术,它注重的是如何抑制噪声和提高信噪比。该技术在军事侦察、物理学、化学、电化学、生物医学、天文学、地学、磁学等许多领域具有广泛的应用。我们所研究的微电流检测主要针对电力系统中的绝缘材料，因为现代国民经济对电力供应的依赖性日益增大，电力系统的规模、容量也在不断扩大。而电气设备的绝缘材料往往是电力系统中的重要组成部分，绝缘材料的漏电流情况严重会造成电力系统的重大损失。微电流检测是通过对泄漏电流的测量来评估绝缘材料状况的有效方法。近年来,针对微弱电流的信噪改善比SNIR已能达到1了，目前国内做得比较好的单位是南京大学,其独家生产的ND-501型微弱信号检测实验综合装置己被国内至少76家高等院校使用。但其产品价格昂贵,少则几千元,多则几万元，例如HB-831型pA级电流放大器、HB-834型四通道pA级电流放大器、HB-838型八通道pA级电流放大器的售价分别为4100元/台、13000元/台、22000元/台。所以，研制高精度、寿命长、成本低、电路简单的微电流检测仪具有重要的现实意义及理论参考价值。为了达成目标，我们需要重点考虑以下几个问题： 10 A（本设计要求）的稳流信号源的实现（1）如何获得实验信号，即电流为12 问题； （2）如何将微弱电流信号转换成易于操作的信号； （3）怎样将微弱信号提取放大； （4）如何实现量程的自动转换问题； （5）将实际中的模拟信号转换成数字信号； （6）实现对数字信号的处理和显示。 2、设计方案选择 2.1典型的微电流测量方法 2.1.1开关电容积分法[1] 开关电容式微电流测量方法的前级是在利用开关电容实现电流向电压转换的同时对电压信号进行调制和放大，达到微伏级；后级电路通过选频放大电路实

微弱信号检测装置(国科大电子电路大作业)要点

目录 摘要 (1) Abstract (1) 第一章绪论 (2) 1.1 微弱信号检测技术概述 (2) 1.2 信号检测的方法及微弱信号的特点 (2) 1.2.1 常规小信号的检测方法 (2) 1.2.2 微弱信号的检测方法 (4) 1.2.3 微弱信号的特点 (4) 1.3 本文的主要工作 (5) 第二章微弱信号检测装置设计方案选择与论证 (6) 2.1 方案选择与论证 (6) 2.1.1 系统方案的确定 (6) 2.1.2移相网络设计 (9) 2.2总体方案论述 (9) 第三章基于锁相放大的微弱信号检测装置设计 (10) 3.1 锁相放大器原理 (10) 3.2 移相网络 (10) 3.3 相敏检波器原理分析 (11) 3.4 电路设计 (12) 3.4.1加法器 (12) 3.4.2纯电阻分压网络 (12) 3.4.3前级放大电路模块 (13) 3.4.4带通滤波器 (13) 3.4.5相敏检波器 (13) 第四章仿真分析与程序设计 (16) 4.1 仿真分析 (16) 4.1.1 输入信号波形（前置两级放大电路输入波形） (16) 4.1.2 经过前置放大电路和带通滤波器后输出波形 (16) 4.1.3 参考信号输入输出波形 (17) 4.1.4 LM311过零比较器输出波形 (18) 4.1.5 开关乘法器输出波形 (18) 4.1.6 低通滤波输出波形 (19) 4.2 程序设计 (20) 第五章实物展示与测试方案及结果 (21) 5.1 实物展示 (21) 5.2 测试方案与测试结果 (21) 5.2.1 测试仪器 (21) 5.2.2 测试方案 (21) 5.3测试结果及分析 (23) 5.4 总结 (23)

霍尔传感器直线电机位置检测

电流检测部分 本控制系统中永磁直线电机的两相电枢电流通过霍尔电流传感器得到，另外一相电流通过计算得到。电流传感器采用LEM公司生产的LTSR -6-NP型电流传感器，该产品具有高精度，高线性度，高响应速度，高频率带宽，高电流过载能力，低温漂，低接入损耗，以及对外部信号的高抗干扰能力，非常适合在永磁电机伺服系统中使用。根据选择不同的引脚接法，该产品可以提供三种不同的额定采样电流值，分别为2A、3A和6A电流有效值，对应的最大采样电流值分别为6．4A，9．6A 和19．2A。由于该传感器输出电压范围为0．5～4．5V，而 TMS320LF240DSP的AD输入信号只能在0V—+3．3V之间，所以需要将传感器的输出电压经过运放电路处理后，再输入DSP的AD口，具体电路如图4—10所示．

一种低成本的线性霍尔位置检测方法在永磁直线电机伺服控制系统中，无论采用何种控制方式，都需要准确检测出电机动子位置。可以说，位置检测部分是伺服控制系统中非常关键的组成部分，直接影响着电机控制精度和系统运行性能。目前，在直线运动控制系统中，最常见的位置检测方法是采用直线光栅，但是光栅的成本很高，对安装要求也很高；也有增加额外机械结构，将直线运动转变成旋转运动，然后用旋转编码器进行位置检测的方法，显然该方法在成本和精度上都存在缺点；还有采用无位置检测的方法，但是目前所有无位置检测方法的在电机低速段效果都不是很理想，而直线电机恰恰需要频繁的起动和停止，采用无位置检测方法获得理想的效果难度较大，尚未有实用的解决方案提出。因此，本节将介绍一种低成本的利用线性霍尔元件对永磁直线电机进行位置检 测的方法。 §4．6．1线性霍尔位置检测方法的基本原理 线性霍尔元件可以用来检测磁通密度，在一定磁场强度范围内，其输出电压与被检磁场磁通密度成线性关系．永磁直线同步电机气隙磁场为正弦分布，因此很容易通过检测气隙磁场磁通密度的方法来确定电机动子的位置。本节以空心式圆筒型永磁直线电机为例，具体介绍该方法。电机及霍尔元件的安装位置示意图如图4—18所示．因为电机只沿Z轴方向做运动，所以只需要检测电机动子在z轴上的位置。在第三章中，已经分析了该电机气隙磁密Br，沿Z轴基本成正弦分布，在一对极范围内，也就是一个周期内，Br不是Z的单值函数，因此不

霍尔传感器用法

一、霍尔电流电压传感器、变送器的基本原理与使用方法 1．霍尔器件 霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控 制电流I C ，当有一磁场B穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势V H 。 如图1－1所示。 霍尔电势V H 的大小与控制电流I C 和磁通密度B的乘积成正比，即：V H ＝K H I C Bsin Θ 霍尔电流传感器是按照安培定律原理做成，即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场，而霍尔器件则用来测量这一磁场。因此，使电流的非接触测量成为可能。 通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此，电流传感器经过了电－磁－电的绝缘隔离转换。 2．霍尔直流检测原理 如图1－2所示。由于磁路与霍尔器件的输出具有良好的线性关系，因此霍尔 器件输出的电压讯号U 0可以间接反映出被测电流I 1 的大小，即：I 1 ∝B 1 ∝U 我们把U 0定标为当被测电流I 1 为额定值时，U 等于50mV或100mV。这就制成 霍尔直接检测（无放大）电流传感器。

3．霍尔磁补偿原理 原边主回路有一被测电流I1，将产生磁通Φ1，被副边补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通Φ2进行补偿后保持磁平衡状态，霍尔器件则始终处于检测零磁通的作用。所以称为霍尔磁补偿电流传感器。这种先进的原理模式优于直检原理模式，突出的优点是响应时间快和测量精度高，特别适用于弱小电流的检测。霍尔磁补偿原理如图1－3所示。 从图1－3知道：Φ 1＝Φ 2 I 1N 1 ＝I 2 N 2 I 2＝N I /N 2 ·I 1 当补偿电流I 2流过测量电阻R M 时，在R M 两端转换成电压。做为传感器测量电 压U 0即：U ＝I 2 R M 按照霍尔磁补偿原理制成了额定输入从0.01A～500A系列规格的电流传感器。 由于磁补偿式电流传感器必须在磁环上绕成千上万匝的补偿线圈，因而成本增加；其次，工作电流消耗也相应增加；但它却具有直检式不可比拟的较高精度和快速响应等优点。 4．磁补偿式电压传感器 为了测量mA级的小电流，根据Φ 1＝I 1 N 1 ，增加N 1 的匝数，同样可以获得高磁 通Φ 1 。采用这种方法制成的小电流传感器不但可以测mA级电流，而且可以测电压。 与电流传感器所不同的是在测量电压时，电压传感器的原边多匝绕组通过串 联一个限流电阻R 1，然后并联连接在被测电压U 1 上，得到与被测电压U 1 成比 例的电流I 1 ，如图1－4所示。

流动电流检测器

流动电流检测器（SC5200型流动电流检测仪） 一.功能原理 流动电流检测器简称SCD，可以用于检测水样中胶体离子的荷电特性，主要由检测水样的传感器和检测信号的放大处理器两部分构成。而SC5200型的检测器是目前在控制混凝剂投加上的优先选择之一。它的结构及工作原理如下： SC5200流动电流检测仪集取样探头，信号处理及PID控制器于一体、探头内壁与柱塞间隙0.014英寸。 SCD是动电荷的在线分析装置，为混凝过程提供检测、记录和控制功能，是唯一一种直接测量混凝剂投加剂效果的最佳在线仪表。它可测控经化学处理后的废水样中，使水中的带电离子或颗粒在SCD 取样室内的两个电极之间产生电流。电极埋置于塑料壳体中，电机驱动活塞在壳体中做往复运动产生剪切作用，推动离子并带动水中离子趋向电极，从而形成流动电流信号，它的大小决定混凝后仍留在水中的正（负）离子的净余量。 来自探头电极的流动电流信号，由主电路板处理，主电路板还接收电机轴开槽圆盘的计时信号，其结果是输出一个4~20mA信号，并显示流动电流单位，此信号与水样的带电状态成比例，故可用以检测或控制混凝过程。 二.SC5200型流动电流检测仪的特点 它可以连续检测混凝过程，因此在变化的处理状态下可提供一致的水质，还可以帮助保持：1.同水中悬浮固体含量成比例，均匀投加药

剂；2.不管悬浮固体量和原水流量的波动，均匀投加药剂；3.不管混凝剂浓度变化，均匀投加药剂。 检测仪的稳定运行需要优质的水样，因此SCD装置的水样应满足以下主要四点：1.水样能代表所检测和控制过程；2.水样应不含损坏探头或阻碍水样流动的异物；3.在SCD运行过程中，水样应是连续的；4.选取取样点时应提供合适的系统延迟时间。 三.SC5200型流动电流检测仪在净水处理中的应用 投药是水净化处理中的一个重要环节，其投量是根据原水流量和连续流而定的。采用SC5200自动投药系统的话，由于SC5200具有完整的流动信号检测处理和过程控制器双重功能，可控制任何可接收4~20mA过程信号的混凝剂投加泵或控制阀，因此系统中无需其他控制仪表。 在净水处理的应用中，SC5200具有以下的效用： 1.即使水质、水流或环境等外部条件变动，也可保证出水水质恒定； 2.混凝剂的消耗量可降至最低，从而降低成本； 3.由于是最佳的混凝剂投加，可以减少污泥量； 4.由于污泥形成减少，延长了过滤周期； 5.由于是最佳混凝剂投加，PH控制更为严格； 6.加药过程可以实现自动化。 SCD的应用，使出水水质在受到外界干扰的情况下仍保持稳定。 四.结束语 在水处理的应用中，SCD起着很重要的作用。通过SCD检测的原水SC电流响应值，来确定混凝剂的最佳投加量，从而在保证、提高

呼吸检测信号调理电路设计

课程设计任务书 （指导教师填写） 课程设计名称生物医学电子学课程设计学生姓名专业班级 设计题目呼吸检测信号调理电路设计 通过设计和调试呼吸检测仪器的信号调理电路电路，深入了解医学信号放大器的特点，并掌握放大及滤波电路的有关指标。 一、设计内容、技术条件和要求 1、查阅相关资料，了解呼吸检测常用方法，选择一种，确定呼吸信号检测放大电路对输入阻抗、差动增益、共模抑制比、等效输入噪声等特性参数的要求；根据信号特点，确定滤波器的相关特性参数。 2、计算和设计呼吸信号检测电路，绘制放大及滤波电路系统电路图；设计50Hz 工频滤波器。 3、在EWB仿真系统中模拟测试设计电路，进行电路连接与调试； 4、测试和计算电路的放大倍数，截止频率、共模抑制比，等效输入噪声以及等效输入阻抗等参数，保存测试的波形文件，并对上述参数进行分析。使安装和调试后的生物医学信号放大及滤波电路，满足指标要求。 5、在仿真系统中，使用含有干扰信号的呼吸信号作为放大器的输入信号进行观察。 6、思考分析： ①设计的放大器，其共模抑制比主要受哪些元器件的影响？应如何选择这些元件才能保证具有较高的共模抑制比？ ②如何进一步提高其抗干扰，尤其是抗工频干扰（50Hz）的能力。 二、时间进度安排 1、查阅资料文献；（12月16日~12月17日） 2、熟悉EWB（/Multisim）设计软件，设计及调试；（12月17日～12月24日） 3、撰写和修改论文；（12月25日～12月26日） 4、演示与现场答辩。(12月27日) 三、主要参考书目 1．余学飞.医学电子仪器原理与设计.广州：华南理工大学出版社 2．王保华.生物医学测量与仪器.上海：复旦大学出版社 3．蔡建新.生物医学电子学.北京：北京大学出版社 4．周希贤.生物医学电子学及实验.兰州：兰州大学出版社 5．张唯真.生物医学电子学.北京：清华大学出版社 6．康华光.电子技术基础.北京：高等教育出版社 指导教师签字：2013 年12 月15 日

霍尔电流电压传感器

霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，用霍尔器件，可以进行非接触式电流测量，起到信号电气隔离作用。众所周知，当电流通过一根长的直导线时，在导线周围产生磁场，磁场的大小与流过导线的电流成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测，由于磁场与霍尔器件的输出有良好的线性关系，因此可利用霍尔器件测得的讯号大小，直接反应出电流的大小，即: I ∞B ∞VH 其中I 为通过导线的电流，B 为导线通电流后产生的磁场，VH 为霍尔器件在磁场B 中产生的霍尔电压、当选用适当比例系数时，可以表示为等式。霍尔传感器就是根据这种工作原理制成的。 如图4.21，闭环霍尔电流传感器的工作原理是磁平衡式的，即原边电流(Ip)所产生的磁场，通过一个副边线圈的电流(Is)所产生的磁场进行补偿，使霍尔器件始终处于检测零磁通的工作状态。当原副边补偿电流产生的磁场在磁芯中达到平衡时，即有如下等式: P*Ip= S*Is 式中:Ip 为原边电流;P 为原边线圈的匝数;Is 为副边补偿电流;S 为副边线圈的匝数。 由上式看出，当己知传感器原边和副边线圈匝数时，通过测量副边补偿电流Is 的大小，即可推算出原边电流Ip 的值，从而实现了原边电流的隔离测量。 出CMS010G +15v -15v Iout out Rm 图4.21霍尔电流传感器 我们选用的霍尔电流传感器CSM030G/CSM0l0G 的匝数比P: S=1: 1000，原边电流测量范围分别为0~士45A 和0~士20A 。因此，降压模式选择CSM030G ，升压模式选择CSM0l0G ，通过选取测量电阻Rm 的阻值即可确定出副边输出电压的额定值Vsn 及范围。 由于DSP2407的ADC 的输入模拟值允许范围为0~3V ，降压模式时实验电路工作电流范围为0~14A ，因此，选取电流霍尔CSM030G 的测量电阻Rm=200Ω，当Ip=14A 时，

霍尔电流传感器及其应用

霍尔电流传感器及其应用 在现代社会中,信息化的需求越来越庞大，传感器在信息采集中发挥了重要作用。他们可以把各种物理信息，按照一定的规则，为可测量的电信号。我们所测量的电信号，以及相关物理信息的关系的变化的基础上，我们可以得到所测量的物理的变化或大小。 根据该传感器的工作原理，我们可以划分成多种类型的传感器，如光电传感器，电荷传感器，电位型传感器，半导体传感器，电传感器，磁传感器，谐振式传感器，电动化学式传感器等等。 霍尔传感器是利用霍尔元件的霍尔效应原理，（可以音乐会的物理信息），如电流，磁场，位移，压力等，为电动势输出。它属于电位型传感器。当前，这种传感器主要是霍尔集成电路，核心单元是基于霍尔效应。这是由通过集成电路技术。因此，它不仅仅是一种集成电路，而是一种磁传感器。 本文根据实际应用，主要是霍尔电流传感器。 1 霍尔效应 在金属或半导体晶片放置在磁场中，并且如果有一个通过它的电流，会产生电动势，（在垂直方向上的电场和磁场，调用此种物理现象霍尔效应。） 在磁场中产生的洛伦兹力的作用下，通电的半导体芯片的载体，分别偏移积累到芯片的两侧，从而形成一个电场，称霍尔电场。霍尔电场产生的电场力，是相反的洛伦兹力，阻碍了继续堆积，直到（大厅）电场力和洛伦兹力。此时，芯片的两侧，将设置一个稳定的电压，这是霍尔电压。 2 霍尔电流传感器 随着城市人口和城市建设规模的扩大，以及各种电气设备的增加，功耗也越来越大。城市的供电设备经常超载，而电源环境越来越差，“测试”的权利越来越严重。因此电源问题越来越多的显现出来。现在，小功率电源设备已经越来越多的与新技术相结合。例如，开关电源，硬切换，软切换，参数稳压器，线性反馈稳压器，磁放大器技术，数控压力调节，PWM,,SPWM，电磁兼容等实际需求直接推动电源技术的发展和进步。为了检验并显示当前自动，自动保护功能和更先进的智能控制，过电流，过电压的危害。如发生时，电源技术与传感检测，传感采样，传感保护已成为一种趋势。传感器检测电流或电压，所谓的霍尔电流传感器应运而生，(并迅速成为最喜爱的设计师在我国的电源). 2.1 霍尔电流传感器的性能特性 霍尔电流传感器具有优越的性能，并且它是一种先进的电检测元件，它可以隔离主回路和电子控制电路。它有变压器和分流器的所有优点，并且在同一时间，克服了他们的缺点（变压器可以只施加的电源频率的测量，50赫兹，分流器是无法做隔离测量），使用同一个霍尔电流传感器模块检测元素，不仅可以测量AC,也可以检测直流，甚至可以检测瞬时峰值。它具有以下性能特点。 (1)测量任意波形的电流，如DC,AC乃至瞬态峰值参数测量的； (2)精度高。在工作区中的一般霍尔电流传感器模块的精度高于1%，并且是适用于任何波形测量精度； (3)线性度优于0.5%； (4)良好的动态性能。一般的电流传感器模块的动态响应时间小于7us，跟踪速度di|dt 是上述50A|us； (5)工作频段宽。它可以工作在频率范围从0到20KHZ非常好; (6)过载能力强。测量范围宽（0-10000A); (7)高可靠性。平均无故障工作是超过5*10000小时； (8)体积小，重量轻，易于安装系统，不会带来任何损失。

非接触式电流信号检测系统设计

非接触式电流信号检测系统设计 发表时间：2019-08-15T15:15:35.800Z 来源：《信息技术时代》2018年11期作者：郭康周传龙易娇娇 [导读] 本文设计了一种非接触式电流检测装置。本装置采用STM32作为主控，MPS430为控制器，由漆包线绕锰芯磁环电流传感器，用OPA657芯片制作电流转电压电路将电流转换成电压，再用STM32自带AD模块对产生的电压信号进行采集，使用FFT快速傅里叶变换，将信号离散化。此电流检测分析电路可测电流峰峰值范围为10mA~1A，电流测量精度优于5%，频率测量精度优于1%。 （武汉东湖学院电子信息工程学院，武汉 430212） 摘要：本文设计了一种非接触式电流检测装置。本装置采用STM32作为主控，MPS430为控制器，由漆包线绕锰芯磁环电流传感器，用OPA657芯片制作电流转电压电路将电流转换成电压，再用STM32自带AD模块对产生的电压信号进行采集，使用FFT快速傅里叶变换，将信号离散化。此电流检测分析电路可测电流峰峰值范围为10mA~1 A，电流测量精度优于5%，频率测量精度优于1%。 关键词：非接触式；FFT 1.前言 近些年来，随着科技的发展，工业生产上提高了对如微弱电流检测的精度要求，也对检测方式提出了更高的要求 ，因此非接触式弱点流检测装置将会被应用在更多的领域。 2.系统设计 任意信号发生器输出一个波形，经过功率放大电路，通过50W10Ω的电阻，电流传感器互感形成被测电流信号，被测电流信号经基于OPA657设计成的电流转电压跨阻电路将电流测量转换为电压测量，电压信号经过低通有源滤波电路将部分杂波分量滤除，将留下的电流信号基波分量和谐波分量经过12位A/D转换器ADS7819转换后的数字信号，然后由STM32进行FFT变换[1]、处理和分析。当任意信号发生器输出的信号为正弦波时，被测电流信号的峰峰值以及频率，当任意信号发生器输出的信号不为正弦波时，被测信号的基波频率范围为50Hz~200Hz，谐波分量的频率，测量频率不超过1kHz，测量精度优于5%。系统结构框图如图1所示。 图1系统结构框图 我们采用MSP430F149作为控制器[2]，其主要任务是控制继电器和模拟开关实现测量时的自动换挡，同时测量频率计算出对应元件的数值，并控制LCD12864显示测量元件的测量值。我们采用STM32官方提供得DSP库进行FFT，虽然在使用上有些不够灵活，但执行效率还是很好的。根据采样定理，采样频率必须是被采样信号最高频率的2倍。这里我们要采样的信号是电流谐波频率不超过1KHZ的信号，所以我们使用的采样频率是2048HZ，采样点是4096个，为保证精确度而舍弃了速度，反应时间略显迟钝。软件流程图如图2所示。 图2：软件流程图 3.测试数据 表1为固定频率电流测试结果，表2为固定电流为200mA频率测量结果。 表1：固定频率电流测试结果 实际电流1000mA 500mA200mA 100mA 输入频率为1khz时测量电流1006mA 505mA206mA 102mA 误差6mA5mA6mA2mA 输入频率为500hz时测量电流1005mA 507mA201mA 101mA 误差5mA7mA1mA1mA

霍尔电流传感器的种类及工作原理

霍尔电流传感器的种类及工作原理 1.简介 霍尔电流传感器可以分为很多种，如果按照原理可以分为开环霍尔电流传感器（Open Loop Hall Effect）和闭环霍尔电流传感器(Close Loop Hall Effect)。基于开环原理的电流传感器结构简单，可靠性好，过载能力强，体积较小，但也有很多缺点，如温度影响大，精度低，反应时间不够快，频带宽度窄等。而闭环霍尔电流传感器等特点是精度高，响应快，频带宽，但同时也有缺点，即过载能力差，体积较大，工艺比较复杂，同时价格也偏高。 1原理图如下： 开环原理霍尔电流传感器示意图 闭环原理霍尔电流传感器示意图 2 霍尔电流传感器的工作原理 霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流，从直流电到几十千赫兹的交流电，其所依据的工作原理主要是霍尔效应原理。 1图片来自PAS 网站

2.1 电流传感 器的输出信号 2当原边导线经过电 流传感器时，原边电流IP 会产生磁力线，原边磁力 线集中在磁芯气隙周围， 内置在磁芯气隙中的霍尔 电片可产生和原边磁力线 成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS，并存在以下关系式：IS*NS= IP*NP。其中，IS—副边电流；IP—原边电流；NP—原边线圈匝数；NS —副边圈匝数；NP / NS—匝数比，一般取NP=1。 电流传感器的输出信号是副边电流IS，它与输入信号（原边电流IP）成正比，IS 一般小，只有10~400mA。如果输出电流经过测量电阻RM，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。 2.2 电流传感器供电电压V A V A指电流传感器的供电电压，它必须在传感器所规定的范围内。超过此范围，传感器不能正常工作或可靠性降低。另外，传感器的供电电压V A又分为正极供电电压V A+和负极 供电电压V A-。要注意单相供电的传感器，其供电电压V Amin是双相供电电压V Amin 的2倍，所以其测量范围要高于双相供电的传感器。 2.3 测量范围Ipmax 测量范围指电流传感器可测量的最大电流值，测量范围 一般高于标准额定值I 。 2.4霍尔电流传感器工作原理 霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流，从直流电到几十千赫兹的交流电，其所依据的工作原理主要是霍尔效应原理。它有两种工作方式，即磁平衡式和直式。霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、（次级线圈）和放大电路等组成。 直放式电流传感器（开环式）：当电流通过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，它可以通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。这一信号经信号放大器放大后直接输出，一般的额定输出标定为4V。 磁平衡式电流传感器（闭环式）：磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈，电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。当原边导线经过电流传感器时，原边电流IP会产生磁力线，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS，并存在以下关系式： IS* NS= IP*NP。（其中，IS—副边电流；IP—原边电流；NP—原边线圈匝数；NS—副边线圈匝数；NP/NS—匝数比，一般取NP=1。）磁平衡式电流传感器的具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip 2董高峰《浅析霍尔电流传感器的应用》

浅谈霍尔电流传感器ACS785ACS712系列电流检测方式

浅谈霍尔电流传感器ACS785/ACS712系列电流检测方式 浅谈电流检测方式 一、检测电阻+运放 优势：成本低、精度较高、体积小 劣势：温漂较大，精密电阻的选择较难，无隔离效果。 分析： 这两种拓扑结构，都存在一定的风险性，低端检测电路易对地线造成干扰；高端检测，电阻与运放的选择要求高。检测电阻，成本低廉的一般精度较低，温漂大，而如果要选用精度高的，温漂小的，则需要用到合金电阻，成本将大大提高。运放成本低的，钳位电压低，而特殊工艺的，则成本上升很多。 二、电流互感器CT/电压互感器PT 在变压器理论中，一、二次电压比等于匝数比，电流比为匝数比的倒数。而CT 和PT 就是特殊的变压器。基本构造上，CT 的一次侧匝数少，二次侧匝数多，如果二次开路，则二次侧电压很高，会击穿绕阻和回路的绝缘，伤及设备和人身。PT 相反，一次侧匝数多，二次侧匝数少，如果二次短路，则二次侧电流很大，使回路发热，烧毁绕阻及负载回路电气。 CT,电流互感器，英文拼写Current Transformer，是将一次侧的大电流，按比例变为适合通过仪表或继电器使用的，额定电流为5A 或1A 的变换设备。它的工作原理和变压器相似。也称作TA 或LH（旧符号）. 工作特点和要求： 1、一次绕组与高压回路串联，只取决于所在高压回路电流，而与二次负荷大小无关。 2、二次回路不允许开路，否则会产生危险的高电压，危及人身及设备安全。 3、CT 二次回路必须有一点直接接地，防止一、二次绕组绝缘击穿后产生对地高电压，但仅一点接地。 4、变换的准确性。 PT，电压互感器，英文拼写Phase voltage Transformers，是将一次侧的高电压按比例变为适合仪表或继电器使用的额定电压为100V 的变换设备。电磁式电压互感器的工作原理和变压器相同。也称作TV 或YH（旧符号）。 工作特点和要求： 1、一次绕组与高压电路并联。 2、二次绕组不允许短路（短路电流烧毁PT）,装有熔断器。 3、二次绕组有一点直接接地。 4、变换的准确性