線性光耦HCNR201在模擬電壓測量中的應(yīng)用
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●確定if：hcnr201是電流驅(qū)動(dòng)型，其led的工作電流if要求為1"40ma，芯片手冊推薦工作電流為25ma，因此，此處取if=25ma。
●確定r3/r3=vcc1/if=5/0.025=200ω，且精度為千分之一。
●確定r1：根據(jù)芯片手冊說明當(dāng)5na
●確定r2：取r2=r1=100kω，且精度為千分之一。
●電容的選取：根據(jù)芯片手冊推薦，取c1=c2=0.001uf 為經(jīng)驗(yàn)取值。
綜上所述，運(yùn)放a1、a2為lmv321m5；r1=r2=100kω；r3=200ω；c1= c2=0.001μf。
4.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量及分析
隔離電路應(yīng)用于pt100測試電路中，隔離前端輸入經(jīng)pt100電路測量后輸入的電壓值。隔離前、后電壓值由校驗(yàn)儀ca71測得，并通過matlab繪出對比圖形。部分測量數(shù)據(jù)見附表，matlab繪制圖形如圖4所示。
附表 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
圖4 matlab繪制曲線圖
圖4中直線為理想結(jié)果，虛線為實(shí)際結(jié)果。
通過實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：線性光耦隔離電路有很好的穩(wěn)定性和線性，且輸入電壓為1.5v到2v之間時(shí)傳輸精度效果最佳。需要明確，采用線性光耦隔離電路進(jìn)行隔離必定會導(dǎo)致模擬電壓的傳輸產(chǎn)生一定的誤差，若測量電路對電壓精度要求不高，使用線性光耦進(jìn)行隔離可以達(dá)到非常好的效果，然而，對于pt100測溫電路而言，在200℃時(shí)，電壓誤差在0.1"0.2v，這樣會使得溫度測量誤差最大達(dá)到10℃左右。這樣的誤差對于pt100測溫是不允許的，在這種對傳輸精度要求很高的電路里，提高精度的行之有效的解決辦法就是通過單片機(jī)軟件處理對數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差修正。
5 軟件修正提高精度
由實(shí)驗(yàn)可知，采用隔離電路進(jìn)行隔離必定會使模擬電壓傳輸產(chǎn)生一定的誤差，但線性光耦的特性決定了其輸出具有很好的線性度，可以利用這點(diǎn)通過單片機(jī)軟件進(jìn)行誤差的修正。
修正方法：針對隔離電路應(yīng)用的場合明確隔離電壓的范圍，然后向隔離電路提供隔離電壓的兩個(gè)值，定義這兩個(gè)極值為修正值，并通過單片機(jī)讀出采集到的修正值的實(shí)測量值，通過輸入值和實(shí)測值之間的差值，就可以通過修正算法，求出任意測量值實(shí)際對應(yīng)的輸入值。
圖5 坐標(biāo)系示意圖
5.1 修正算法
設(shè)x軸上各點(diǎn)為單片機(jī)實(shí)際測得數(shù)值，直線l上各點(diǎn)為線性光耦前輸入值。設(shè)直線l上 a，b兩點(diǎn)為修正值，其對應(yīng)于x軸的a1、b1為單片機(jī)實(shí)際測量值，則可計(jì)算出a點(diǎn)和b點(diǎn)的誤差分別為a=a-a1，b=b-b1，c1為單片機(jī)采集到任意值，若能求得誤差c的值，通過修正計(jì)算c1+c即為c1的理想值c。
針對pt100測溫電路的具體做法：測溫范圍為-50℃"200℃，選取兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)如0℃和150℃，通過校驗(yàn)儀ca71向測溫電路輸入0℃和150℃，分別測量這兩個(gè)點(diǎn)的測量值并計(jì)算實(shí)際測量值與理想值間的偏差。在實(shí)際測量中通過修正算法利用這兩個(gè)偏差通過公式算出其它各點(diǎn)的偏差值，再對實(shí)際測量值進(jìn)行修正。實(shí)驗(yàn)證明進(jìn)行修正后溫度誤差可以精確到1"2℃以內(nèi)。
5.2 注意事項(xiàng)
(1) 測量數(shù)據(jù)采用中值濾波法進(jìn)行處理。
為了提高測量精度，采用數(shù)字濾波技術(shù)的中值濾波法對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。即每次采集n個(gè)值，去除其中的最大值和最小值而取剩余的n-2個(gè)數(shù)值的平均值，這樣可防止受到突發(fā)性脈沖干擾的數(shù)據(jù)進(jìn)入。
(2) 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)線性光耦隔離電路會隨著上電時(shí)間的持續(xù)出現(xiàn)隔離后的電壓毫伏級的減低的情況。大約30分鐘后趨于穩(wěn)定。因此，將電路上電運(yùn)行一段時(shí)間后再進(jìn)行校準(zhǔn)，精度更高。
6 結(jié)束語
本文分析了線性光耦hcnr201進(jìn)行模擬電壓電氣隔離的基本原理和隔離電路，并給出了行之有效的軟件算法來提高測量電路精度。實(shí)驗(yàn)表明隔離電路通過修正后精度非常高，非常適合應(yīng)用于對模擬電壓精度要求很高的檢測系統(tǒng)。
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