摘    要

根據(jù)要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套電流信號(hào)檢測(cè)裝置。本系統(tǒng)由 STM32 單片機(jī)及功率放大模塊、峰值檢測(cè)模塊、比較器模塊、輔助電源模塊組成。本系統(tǒng)可以通過(guò)信號(hào)發(fā)生器輸入的正弦波經(jīng)過(guò)分壓處理在經(jīng)過(guò)功率放大器后通過(guò)導(dǎo)線連接 10Ω 電阻負(fù)載，形成一電流環(huán)路設(shè)計(jì)非接觸式傳感的電流信號(hào)檢測(cè)裝置，檢測(cè)環(huán)路電流信號(hào)的幅度及頻率，并將信號(hào)的參數(shù)成功顯示出來(lái)。當(dāng)輸入正弦信號(hào)頻率范圍為 50Hz-1kHz 時(shí), 流過(guò) 10Ω 負(fù)載電阻的電流峰峰值不小于 1A，且電流信號(hào)無(wú)失真且使被測(cè)正弦電流峰峰值范圍為 10mA-1A，電流測(cè)量精度優(yōu)于 5%，頻率測(cè)量精度優(yōu)于 1%。

目    錄

一.系統(tǒng)方案

1.1 功率放大模塊的選擇

1.2 峰值檢測(cè)模塊的選擇

1.3 比較器模塊的選擇

二.理論分析與計(jì)算

2.1  電流測(cè)量方法

2.2 諧波分量測(cè)量方法

三.電路設(shè)計(jì)

四.測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果

4.1 測(cè)試方案

4.2  測(cè)試條件與儀器

4.3  測(cè)試結(jié)果及分析

4.3.1 測(cè)試結(jié)果（數(shù)據(jù)）

4.3.2 測(cè)試分析與結(jié)論

一、系統(tǒng)方案

1.1功率放大模塊的選擇

LM1875

LM1875 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司 20 世紀(jì) 90 年代初推出的一款音頻功放 IC,它采用TO -220 封裝，外圍元件少，性能優(yōu)異，其音質(zhì)一直廣受好評(píng)，LM1875體積小巧，且功率可達(dá) 30W，內(nèi)部也有過(guò)載、過(guò)熱及感性負(fù)載反峰電壓保護(hù)。

TDA2030A

TDA2030A 是一種單片集成電路，用于低頻率類 AB 放大器。在 Vs max=44V 的情況下，它特別適用于更可靠的應(yīng)用程序，而不需要重新獲得請(qǐng)求，而使用低成本的工作人員則需要 35 W 的驅(qū)動(dòng)電路。TDA2030A 提供高輸出電流，并且具有非常低的諧波和交叉失真。此外，該設(shè)備還集成了一種短路保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一種自動(dòng)限制耗散功率的安排，以便將輸出晶體管的工作點(diǎn)保持在安全操作區(qū)域內(nèi)。還包括傳統(tǒng)的熱關(guān)閉系統(tǒng)。

TDA2030A 放大為 30 倍左右，而 LM1875 一般為 20 倍左右。TDA2030A 價(jià)格比LM1875 便宜，就持久性來(lái)說(shuō) TDA2030A 更好。

1.2峰值檢測(cè)模塊電路的選擇

方案一

方案二

由于方案一的電路仿真出來(lái)的波形有一個(gè)坡度，并不是很好的擬合為峰值， 而第二個(gè)電路得到的峰值正好和輸入信號(hào)的正弦波的最大值相切，正好形成一條直線，這就是所說(shuō)的峰值。即檢測(cè)顯示的結(jié)果是一條直線。

1.3比較器模塊的選擇

LM393 比較器翻轉(zhuǎn)速度更快,一般是 N 秒級(jí),LM358 要到 U 秒級(jí)。LM393 是開(kāi)漏輸出的,更容易實(shí)現(xiàn)邏輯電平兼容。所以選擇高速的 LM393 作為比較器正弦波轉(zhuǎn)方波，從而測(cè)出穩(wěn)定的頻率。

二、理論分析與計(jì)算

2.1電流測(cè)量方法

通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電壓檢測(cè)，頻率檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)電流峰峰值，振幅值的轉(zhuǎn)換。程序基于 STM32F103VET6 單片機(jī)，通過(guò)十二位 AD 采樣，并轉(zhuǎn)換成電壓值。將電壓與待測(cè)電流的數(shù)據(jù)擬合，得到相應(yīng)的關(guān)系式，從而在 TFT 上顯示相應(yīng)的電流峰峰值和振幅值。頻率計(jì)算主要通過(guò)單片機(jī)的高級(jí)定時(shí)器進(jìn)行 PWM 捕捉，比較兩次上升沿之間的時(shí)間，來(lái)得出 PWM 波的頻率。

原理圖

2.2諧波分量測(cè)量方法

對(duì)一個(gè)或整數(shù)個(gè)信號(hào)周期的信號(hào)樣本進(jìn)行傅里葉變換，即可得到信號(hào)的直流分量、基波和諧波的幅值和相位。

三、電路設(shè)計(jì)

四、測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果

4.1測(cè)試方案

通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電壓檢測(cè)，頻率檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)電流峰峰值，振幅值的轉(zhuǎn)換。程序基于 STM32F103VET6 單片機(jī)，通過(guò)十二位 AD 采樣，并轉(zhuǎn)換成電壓值。將電壓與待測(cè)電流的數(shù)據(jù)擬合，得到相應(yīng)的關(guān)系式，從而在 TFT 上顯示相應(yīng)的電流峰峰值和振幅值。頻率計(jì)算主要通過(guò)單片機(jī)的高級(jí)定時(shí)器進(jìn)行 PWM 捕捉，比較兩次上升沿之間的時(shí)間，來(lái)得出 PWM 波的頻率。

4.2測(cè)試條件與儀器

由信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)得到標(biāo)準(zhǔn)的電壓峰峰值，然后接硬件電路模塊供給單片機(jī)讀取電流峰峰值，通過(guò)讀取數(shù)值經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算變?yōu)殡妷褐蹬c標(biāo)準(zhǔn)值比較。調(diào)節(jié)程序算法得到輸出與輸入相同。

4.3測(cè)試結(jié)果及分析

4.3.1測(cè)試結(jié)果（數(shù)據(jù)）

4.3.2測(cè)試分析與結(jié)論

測(cè)試頻率時(shí)通過(guò) LM393 將正弦波轉(zhuǎn)換為方波，將信號(hào)供給單片機(jī)，進(jìn)行信號(hào)的讀取。測(cè)量頻率能夠達(dá)到精度為 1%。測(cè)量的電流值是電流傳感器傳出的電壓， 需要通過(guò)軟件的調(diào)試來(lái)得到負(fù)載兩端的精確電流。即通過(guò)測(cè)量多組數(shù)值求取平均值，將平均值擬合為一條曲線，得到函數(shù)關(guān)系。通過(guò)軟件的調(diào)試，以達(dá)到電流峰峰值的測(cè)量精度和范圍要求。通過(guò)以上調(diào)試最終基本獲得了要求的電流范圍10mA—1A 和精度可達(dá) 1%即優(yōu)于 5%。

作者簡(jiǎn)介：張琳翊，女，1999年生人，現(xiàn)就讀于中國(guó)計(jì)量大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)。在校期間，獲得學(xué)業(yè)三等獎(jiǎng)學(xué)金兩次；多次參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，先后獲院賽一等獎(jiǎng)一次，三等獎(jiǎng)一次，校賽二等獎(jiǎng)一次，并獲省賽成功參賽獎(jiǎng)。參與實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目‘’頭發(fā)絲直徑的測(cè)量‘’。

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