基于Modbus-RTU协议的交流电压峰值表设计

发布者:安静的夜晚最新更新时间:2013-06-29 来源: dzsc关键字:Modbus-RTU协  交流电压  峰值表 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

  0 前 言

  交流电压峰值是指交流电压的最大值(正峰值)或最小值(负峰值),是工业生产过程中一个非常重要的参数。为保证用电设备的安全,对供电电压的峰值进行检测具有重要意义。测量峰值的方法主要有示波器法、间接计算法、专用峰值表法。利用示波器虽然可直观地显示电压的波形和峰值,但在成本和便携性上示波器均不能作为现场监视设备;间接计算法只适用于标准正弦波,实用性不大;专用峰值表大都存在体积较大,携带不便,且与电脑或控制设备相连不便的缺点。针对以上缺点,采用MSP430系列单片机、MAX1270模/数转换器,并利用Modbus-RTU 协议,成功地开发出了低成本、便携、智能的峰值表设备。

  1 测量原理

  由于供电电网的波动及电网的电压波形是一种非标准正弦波,其峰值不能通过平均值或有效值间接计算。该系统采用对非标准正弦波在一个周期内多次采样,并通过冒泡法比较采样值,得到电压的最大值或最小值作为其正峰值和负峰值。显然只要采样密度适当,完全可以得到真实的电压峰值。我国交流电的频率为50 Hz,设计中采样频率设置为10 kHz,即每个交流波形周期中采样200次,足以正确地反映出电压的变化情况,从而确定电压的峰值。

  2 硬件设计

  设计中,以MSP430F449单片机、MAX1270模/数转换器为主要器件。前端A/D输入采用电阻分压方式将交流电进行降压;采用RS 485芯片作为通信接口芯片,硬件框图如图1所示。


  2.1 A/D输入调理保护电路设计

  以220 V交流电为例,其理论峰值电压为311 V,但考虑到电网波动、正弦波失真等,电压峰值很可能超过311 V,这时可根据工作经验和实测情况,选定一个电压值作为电压可能达到的最大值,假定为500 V。如果MAX1270的输入范围设置为±5 V,则分压电阻的分压比应设置为100:1。分压后的电压经过运放缓冲后作为A/D芯片的输入,为保护后级A/D转换芯片,设置两个稳压二极管组成限幅电路。输入调理电路如图2所示。


  2.2 A/D转换电路

  A/D转换电路采用MAX1270芯片,MAX1270是8通道、多量程双极性输入、串行输出、逐次逼近型12位A/D转换器,最高采样率为110 kS/s。在单+5 V电源供电下,可通过编程实现±5 V,±1O V,5 V,10 V量程。其中,双极性输入十分适合作为交流电压测量。

  MAX1270转换电路如图2所示,由MSP430F449的I/O口线控制MAX1270的串行接口。由于MAX1270在5 V电压供电下,输出4.5 V以上高电平,而MSP430F449的I/O口电平为3.3 V,因此必须附加一个接口芯片,以实现5~3.3 V的电平转换,这里采用MAX3001双向电平转换芯片。A/D转换电路如图3所示。


  2.3 RS 485接口电路

  该设计采用RS 485总线,可通过电缆或光纤将信号有效地远传上千米,配合Modbus-RTU协议,可方便地与符合Modbus-RTU协议的控制设备连接。设计中采用MAX3485芯片作为RS 485接口芯片,电路如图4所示。

[page]


  3 软件设计

  设计中,主要的软件模块包括A/D转换,Modbus-RTU协议和串口编程。对于串口编程不再赘述,主要对MAX1270和Modbus-RTU协议进行说明。

  3.1 MAX1270编程

  MAX1270的控制字格式如表1所示,最高START为起始位,保持为“1”;SEL2~SEL0为输入通道选择位;RNG,BIP分别为量程和极性选择位;PD1和PD0为掉电和时钟模式选择位。各位的具体意义请参考MAX1270数据手册。该设计中,MAX1270设置为:量程10 V,双极性输入(即实现土5 V测量)、外部时钟25 CLK/s正常操作模式,使用通道CH0作为输入通道,控制字的格式为10000101。





  3.2 Modbus-RTU协议

  Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其他设备之间可以通信。Modbus -RTU是Modbus协议的一种传输模式,在该模式下,消息中的每个8 b包含2个4 b的16进制字符。Mod-bus协议的核心程序是CRC校验程序的编写。该系统中采用CRC-16校验法,具体程序实现如下:[page]





  3.3 其他重要子程序

  程序中采用定时器中断触发每次采样,保证采集周期的精度,同时每次采集时都以过零点作为采集数据的开始。这两点都有利于提高系统精度。


  4 测试结果

  通过施加标准正弦波、非标准正弦波、三角波测试,可使该表的峰值测量精度高于1级,完全满足工业现场设备供电检测的需求。该表与工控组态软件MCGS配合,工作良好。此外,该表除了测量峰值以外,还扩展了电压平均值、有效值的计算,设计成一个具有多功能的智能仪表。

  5 结 语

  该设计以MSP430F449单片机、MAX1270为核心,编写了Modbus-RTU协议,同时利用RS 485接口可方便地进行数据远传或与符合Modbus_RTU协议的设备相连,该表的体积小,功耗低,可使用于电池或蓄电池供电,非常适合作为编携式设备,随身携带,也可作为功能模块直接安装在工业现场设备对电网供电电压峰值、有效值等参数进行监测。

参考文献:

[1]. MSP430F449 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/MSP430F449_3.html.
[2]. MAX1270  datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/MAX1270+_719122.html.
[3]. MSP430 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/MSP430_490166.html.
[4]. MAX3485 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/MAX3485_858685.html.

关键字:Modbus-RTU协  交流电压  峰值表 引用地址:基于Modbus-RTU协议的交流电压峰值表设计

上一篇:手持式RFID读写器的低功耗设计与测试
下一篇:有关微型能源采集技术的关键应用问题及解决方案

推荐阅读最新更新时间:2024-03-16 13:25

示波器测交流电压波形怎么测?
很多试验中也都会用到示波器,而它也是是一种可以测试电压的仪器,它的种类分类很多,测量的方法也都不相同,那么示波器测交流电压波形怎么测? 将被测信号电压加到垂直偏转板上,锯齿波扫描电压加到水平偏转板上,且被测信号电压的频率等于锯齿波扫描电压的频率,则荧光屏上将显示出一个周期的被测信号电压随时间变化的波形曲线。 示波器测交流电压波形怎么测? 1、在时间t=0的瞬间,信号电压为Vo(零值),锯齿波电压为V0′(负值),荧光屏上光点在坐标原点左面,位移的距离正比于电压V0′; 2、在时间t=1的瞬间,交流电压为V1(正值),锯齿波电压为V1′(负值),荧光屏上光点在坐标的第Ⅱ象限中。同理,在时间t=2,t=3,…,t=8的瞬间,荧
[测试测量]
万用测量交流电压方法
使用测量交流电压时,应将万用表的量程选择开关拨至“acv”或“ ”挡中的适当量程,就是拨至高于被测电压的那个挡次上。如果被测的电压大小心中没底,可先用最大的量程试测,然后再根据电压的大小改换成相应的挡位。 测交流电压时,万用表的两表笔并接在被测电路的两端,且可以不考虑表棒的正、负极性,并从第二条刻度上读数。 如果被测电路两端的电压大于1000v(以mf47型万用表为例),则必须用2500vac的量程,这时应将红表笔从原“+”插孔中拔下来插入2500vac的插座中,量程选择开关可放在1000vac挡处,测量后从表盘的第二刻度进行读数,但应扩大10倍。
[测试测量]
万用<font color='red'>表</font>测量<font color='red'>交流</font><font color='red'>电压</font>方法
电压源高频交流环节AC AC变换器原理研究
摘要:首次提出了电压源高频交流环节AC/AC变换器电路拓扑族,这类电路拓扑由输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器构成。分析研究了这类变换器稳态原理与移相控制策略,绘出了变换器的外特性曲线。这类变换器具有电路拓扑简洁、两级功率变换(LFAC/HFAC/LFAC)、双向功率流、高频电气隔离、网侧电流波形可得到改善、负载适应能力强等优点。PSPICE仿真波形充分证实了这类变换器的正确性和先进性。关键词:AC/AC变换器;高频交流环节;周波变换器;电压源;移相控制ResearchonPrinciplesofVoltageMode 1引言 电力电子研究人员对DC/DC变换器、AC/DC变换器、DC/AC逆变器高频环节变换技术
[电源管理]
<font color='red'>电压</font>源高频<font color='red'>交流</font>环节AC AC变换器原理研究
小广播
添点儿料...
无论热点新闻、行业分析、技术干货……
设计资源 培训 开发板 精华推荐

最新单片机文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved