以32位MCU-HY16F198實(shí)現(xiàn)AC電流量測(cè)應(yīng)用

　　一、 內(nèi)容簡(jiǎn)介

　　本文將介紹以HY16F198搭配Hall Sensor(WCS1800)進(jìn)行交流電流數(shù)值量測(cè)，最大可量測(cè)電流范圍從0.1A~17.68A。本文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)從0A~17.6A，比較使用電表Agilent 34401A與HY16F198透過交流信號(hào)計(jì)算出在不同頻率45Hz, 50Hz, 60Hz之間所得到的交流電流最大誤差率可以控制在3%以內(nèi)。

　　二、 原理說明

　　量測(cè)原理

　　透過WCS1800將感應(yīng)到的交流電流轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲭妷?Vout)，而輸出電壓(Vout)組成成分是包含(Vac)交流電壓訊號(hào)和(Vdc)直流電壓訊號(hào)混和而成的訊號(hào)，使用HY16F198量測(cè)輸出電壓(Vout)訊號(hào)，并且透過算法分析ADC Count數(shù)值，進(jìn)而換算出相對(duì)感測(cè)到的交流電流負(fù)載。但需注意，透過Hall Sensor(WCS1800)轉(zhuǎn)出每1安培(A)的輸出電壓最大誤差為正負(fù)6mV，詳細(xì)的Hall Sensor特性規(guī)格表顯示在下一頁(yè)電器特性表。

　　Hall Sensor(WCS1800)因?yàn)楸旧淼妮敵鲭妷?Vout)帶有Vac交流電壓加上Vdc直流電壓混和成分， 而Vdc的數(shù)值為1/2 Vdd，因此, 本文應(yīng)用使用HY16F198設(shè)定VDDA電壓為3V，并且于ADC緩存器內(nèi)設(shè)定ADC輸入?yún)⒖茧妷悍糯蟊稊?shù)為VREF*1/2(VREF= VRPS-VRNS)，如把緩存器做為此設(shè)定， 可以準(zhǔn)確的量測(cè)到輸入電壓最大范圍1.5V。但是這樣的連接，就無法量測(cè)到Hall Sensor的Vout輸出電壓范圍，所以需要在外部增加兩個(gè)分壓電阻，在ADC的AIO(0)與VDDA和VSS之間各串10k奧姆電阻做分壓，因此量測(cè)到的電壓數(shù)值再透過交流信號(hào)計(jì)算分析求出感應(yīng)到的交流電流，并且由LCD Display做電流數(shù)值顯示。

　　Hall Sensor (WCS1800)

　　圖1 Hall Sensor(WCS1800)

　　圖2 Hall Sensor應(yīng)用方塊圖

　　控制芯片

　　單片機(jī)簡(jiǎn)介：HY16F系列32位高性能Flash單片機(jī)(HY16F198)

　　圖3 纮康HY16F系列32位高性能Flash單片機(jī)(HY16F198)

　　(1) 采用最新Andes 32位CPU核心N801處理器。

　　(2) 電壓操作范圍2.2~3.6V，以及-40℃~85℃工作溫度范圍。

　　(3) 支持外部20MHz石英震蕩器或內(nèi)部16MHz高精度RC震蕩器，擁有多種CPU工作頻率切換選擇，可讓使用者達(dá)到最佳省電規(guī)劃。

　　(3.1) 運(yùn)行模式 350uA@2MHz/2

　　(3.2) 待機(jī)模式 10uA@32KHz/2

　　(3.3) 休眠模式 2.5uA

　　(4) 程序內(nèi)存64KBytes Flash ROM

　　(5)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8KBytes SRAM。

　　(6)擁有BOR and WDT功能，可防止CPU死機(jī)。

　　(7)24-bit高精準(zhǔn)度ΣΔADC模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器

　　(7.1)內(nèi)置PGA (Programmable Gain Amplifier)最高可達(dá)128倍放大。

　　(7.2)內(nèi)置溫度傳感器。

　　(8)超低輸入噪聲運(yùn)算放大器。

　　(9)16-bit Timer A

　　(10)16-bit Timer B模塊具PWM波形產(chǎn)生功能

　　(11)16-bit Timer C 模塊具Capture/Compare 功能

　　(12)硬件串行通訊SPI模塊

　　(13)硬件串行通訊I2C模塊

　　(14)硬件串行通訊UART模塊

　　(15)硬件RTC時(shí)鐘功能模塊

　　(16)硬件Touch KEY功能模塊

　　三、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　硬件說明

　　HY16F198搭配Hall Sensor連接電路如下，AIO1與Hall Sensor的Vout接，AIO0透過10k電組分壓電路連接在VDDA與VSS之間，這樣就可以量測(cè)到帶有1/2VDDA的交流電壓訊號(hào)。

　　圖4 HY16F198與WCS1800 Hall Sensor 硬件線路連接圖

　　主要組件介紹

　　(1) MCU：HY16F198，功能為量測(cè)電信號(hào)、控制、運(yùn)算包含功能為儲(chǔ)存校正參數(shù)。

　　(2) LCD Display：負(fù)責(zé)顯示量測(cè)出來的電流數(shù)值。

　　(3) 10K奧姆分壓電路 : 主要做為分壓電路應(yīng)用，可以量測(cè)到帶有1/2VDDA的交流電壓訊號(hào)。

　　(4) Hall Sensor : 將感應(yīng)到的交流電流轉(zhuǎn)換為Vac加上Vdc的混合電壓輸出訊號(hào)。