入围稿分享(一）：电流信号检测系统

摘    要

根据要求，入围我们设计了一套电流信号检测装置。稿分本系统由 STM32 单片机及功率放大模块、享电峰值检测模块、流信比较器模块、号检辅助电源模块组成。测系本系统可以通过信号发生器输入的入围正弦波经过分压处理在经过功率放大器后通过导线连接 10Ω 电阻负载，形成一电流环路设计非接触式传感的稿分电流信号检测装置，检测环路电流信号的享电幅度及频率，并将信号的流信参数成功显示出来。当输入正弦信号频率范围为 50Hz-1kHz 时,号检 流过 10Ω 负载电阻的电流峰峰值不小于 1A，且电流信号无失真且使被测正弦电流峰峰值范围为 10mA-1A，测系电流测量精度优于 5%，入围频率测量精度优于 1%。稿分

目    录

一.系统方案

1.1 功率放大模块的享电选择

1.2 峰值检测模块的选择

1.3 比较器模块的选择

二.理论分析与计算

2.1  电流测量方法

2.2 谐波分量测量方法

三.电路设计

四.测试方案与测试结果

4.1 测试方案

4.2  测试条件与仪器

4.3  测试结果及分析

4.3.1 测试结果（数据）

4.3.2 测试分析与结论

一、系统方案

1.1功率放大模块的选择

LM1875

LM1875 是美国国家半导体公司 20 世纪 90 年代初推出的一款音频功放 IC,它采用TO -220 封装，外围元件少，性能优异，其音质一直广受好评，LM1875体积小巧，且功率可达 30W，内部也有过载、过热及感性负载反峰电压保护。

TDA2030A

TDA2030A 是一种单片集成电路，用于低频率类 AB 放大器。在 Vs max=44V 的情况下，它特别适用于更可靠的应用程序，而不需要重新获得请求，而使用低成本的工作人员则需要 35 W 的驱动电路。TDA2030A 提供高输出电流，并且具有非常低的谐波和交叉失真。此外，该设备还集成了一种短路保护系统，该系统包括一种自动限制耗散功率的安排，以便将输出晶体管的工作点保持在安全操作区域内。还包括传统的热关闭系统。

TDA2030A 放大为 30 倍左右，而 LM1875 一般为 20 倍左右。TDA2030A 价格比LM1875 便宜，就持久性来说 TDA2030A 更好。

1.2峰值检测模块电路的选择

方案一

方案二

由于方案一的电路仿真出来的波形有一个坡度，并不是很好的拟合为峰值， 而第二个电路得到的峰值正好和输入信号的正弦波的最大值相切，正好形成一条直线，这就是所说的峰值。即检测显示的结果是一条直线。

1.3比较器模块的选择

LM393 比较器翻转速度更快,一般是 N 秒级,LM358 要到 U 秒级。LM393 是开漏输出的,更容易实现逻辑电平兼容。所以选择高速的 LM393 作为比较器正弦波转方波，从而测出稳定的频率。

二、理论分析与计算

2.1电流测量方法

通过单片机实现电压检测，频率检测，并实现电流峰峰值，振幅值的转换。程序基于 STM32F103VET6 单片机，通过十二位 AD 采样，并转换成电压值。将电压与待测电流的数据拟合，得到相应的关系式，从而在 TFT 上显示相应的电流峰峰值和振幅值。频率计算主要通过单片机的高级定时器进行 PWM 捕捉，比较两次上升沿之间的时间，来得出 PWM 波的频率。

原理图

2.2谐波分量测量方法

对一个或整数个信号周期的信号样本进行傅里叶变换，即可得到信号的直流分量、基波和谐波的幅值和相位。

三、电路设计

四、测试方案与测试结果

4.1测试方案

通过单片机实现电压检测，频率检测，并实现电流峰峰值，振幅值的转换。程序基于 STM32F103VET6 单片机，通过十二位 AD 采样，并转换成电压值。将电压与待测电流的数据拟合，得到相应的关系式，从而在 TFT 上显示相应的电流峰峰值和振幅值。频率计算主要通过单片机的高级定时器进行 PWM 捕捉，比较两次上升沿之间的时间，来得出 PWM 波的频率。

4.2测试条件与仪器

由信号发生器输出信号得到标准的电压峰峰值，然后接硬件电路模块供给单片机读取电流峰峰值，通过读取数值经过简单计算变为电压值与标准值比较。调节程序算法得到输出与输入相同。

4.3测试结果及分析

4.3.1测试结果（数据）

4.3.2测试分析与结论

测试频率时通过 LM393 将正弦波转换为方波，将信号供给单片机，进行信号的读取。测量频率能够达到精度为 1%。测量的电流值是电流传感器传出的电压， 需要通过软件的调试来得到负载两端的精确电流。即通过测量多组数值求取平均值，将平均值拟合为一条曲线，得到函数关系。通过软件的调试，以达到电流峰峰值的测量精度和范围要求。通过以上调试最终基本获得了要求的电流范围10mA—1A 和精度可达 1%即优于 5%。

作者简介：张琳翊，女，1999年生人，现就读于中国计量大学测控技术与仪器专业。在校期间，获得学业三等奖学金两次；多次参加电子设计竞赛，先后获院赛一等奖一次，三等奖一次，校赛二等奖一次，并获省赛成功参赛奖。参与实验室项目‘’头发丝直径的测量‘’。

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