TI C2000 LaunchPad“画”外围之家用智能功率监视器方案描述

一、信号采集部分     做信号采集首先得了解源信号和目标信号的相关信息，以便在中间进行信号的变换。家用智能功率监视器监视的是家用电器的功率，因此源信号为家用电，也就是我们俗说的市电。目标信号是给ADC采集时的最终信号，应该根据所选的ADC决定。既然使用C2000 LaunchPad作为主CPU，为了设计简单，ADC自然也就使用28027的内部AD了。28027的内部AD为12位，输入信号为0-3.3V（内部基准，同样为了设计简单，不使用外部基准）。但由于隔离运放的最大输出为1.29±1V.，因此也可以考虑使用2.5V基准，即输入信号范围为0.-2.5V。功率监视需要采集市电的电压和电流值，经过处理计算功率及电能等参数。市电的额度电压值为220V，上下浮动一般不会超过10%，设计试为了再大限度的满足要求，设计输入电压为220*（1-0.2）----220*（1+0.2），即176V----264V。家用电器的电流变化范围比较大，低的可低至几十mA，如节能灯；高的可至十几A以上，如空调，电烤箱等。为了监视大部分家用电器，设计电流为0.1A---15A，监视功率范围为22W---3300W（暂不考虑功率因数的影响）。     由于采集市电电压，直接采集有一定的危险性，因此采用强电与弱电隔离的方案。常规的交流电压电流采集一般采用互感器隔离，优点是技术成熟，原理简单。缺点是体积较大，电路复杂，一般需要正负电源供电。本方案采用TI公司的隔离运放AMC1200做隔离方案。AMC1200可以接受正负250mV的差分信号，输出为单极性的信号，可以直接给28027的内部AD而不需要加法电路进行双极性到单极性的转换。     AMC1200的简单介绍如下： 2.jpg (82.85 KB) 2013-4-26 10:26     详细介绍可参考http://www.ti.com.cn/product/cn/amc1200     信号的再处理，市电的电压变化范围较小，ADC有效位数可以利用的比较充分。但是电流变化范围比较大，0.1A—15A有150倍的变化范围，这样的范围单路AD无法在全部量程内达到预计精度。因此可以对单路电流信号进行分别放大，根据不同的量程选择不同的系数以满足精度要求。根据预定的设计电流范围，可以选择电流每变化6倍采用一个放大系数，即0.1A-0.6A，0.6A-3.6A，3.6A-21.6A三个档位，这样做可以使量程扩大到21.6A。姑且暂定为这个值。 运放的选择，由于运放输出的最大不会超过AD的采样范围3.3V，因此可以选择低电压的运放，选用TI的LMV358作为电流放大的运放。     二、电源部分     电源应该根据实际选择的元器件的需求决定，C2000 LaunchPad需要的电源为3.3V，运放也可以使用3.3V供电。隔离运放的输入侧根据要求应使用5V供电。为了设计简单，采用线性电源为设备供电，市电经过双绕组变压器再整流后分别经过两个LDO，得到两个相互隔离的直流电压，分别给隔离运放和CPU供电。     三、人机交互及扩展部分     要想监视功率肯定需要人机交互，本来打算使用12864的OLED屏做显示，但是还得买去，手里有个大液晶，调试的时候也许暂时使用这个了。按键采用5个或3个独立按键。扩展部分暂时打算加一个实时时钟和一个通讯。硬件上多一个实时时钟芯片就行了，使用C2000 LaunchPad自带的USB转的串口，不再赘述。     四、硬件框图     硬件框图没有变动，就是原来的 4.jpg (46.59 KB) 2013-4-26 10:26     五、软件框图     软件其实没什么特殊的，无非是初始化系统，然后就是一个大循环，不停的采样计算，并处理按键及显示部分了。暂且不画了。