电流信号检测装置综述

发布时间：2022-10-24 16:35:04 浏览数：次

摘要本設计以STM32单片机作为高精度电流检测模块采样控制核心，制作了一种电流信号检测装置。本装置分为两个主要装置：大功率发生装置及信号检测装置。信号检测装置主程序采用傅里叶快速算法信号采样，利用感应电流检测原理检测信号的幅度及频率，并结合插值法、分段线性化拟合法调整测量精度。信号发生器输入正弦信号或者任意信号经过大功率发生装置OPA544为待检测电路提供信号源，经过互感线圈传送至信号检测装置。STM32同步数据采集板构成的高精度电流检测模块，实现对待测电路的电流峰峰值和频率的检测和输出和待测电路信号基本及各次谐波分量的幅度的精准测量，达到了设计要求的各项指标。

关键词 OPA544功率放大电路；STM32 单片机；傅里叶快速算法信号采样

1 系统方案

本系统在实现功率放大电路的基础上，运用数字接口技术设计基于STM32的控制电路对待测电路信号进行幅值、频率、成分采样。设计采集信号时接受电流信息使用的电磁感应线圈，设计选频、信号处理电路，最后通过显示屏显示模块读取检测值。本系统主要由三个模块构成：功率放大模块、信号检测模块、显示模块。

1.1 功率放大器模块的比较与选择

方案一：采用高频谐振功率放大器。除电源和偏置电路外，由晶体管，谐振回路和输入回路3部分组成。此方案频率较窄，选频特性不符合设计要求，舍弃。

方案二：设计OPA544功率放大器，调试电压放大模块，采用电压跟随器设计原理，使其达到无电压放大效果。利用±24 伏电压对 OPA544 运算放大器供电，设置其电压增益为一倍，符合题目设计要求，电路简单且静态功率较小。经比较，方案二的设计优于方案一，故功率放大器模设计选择方案二。

1.2 信号检测模块的选择

根据法拉第电磁感应定律，信号检测电路通过线圈互感，STM32多路同步数据采集板利用快速傅里叶变换的正弦信号高精度估计算法采集信号峰峰值及频率、谐波成分。

1.3 显示模块的选择

采用迪文DGUS显示屏幕，将GUI分解为控件并按页面来配置，控件显示直接由变量控制，568k变量空间，8通道曲线趋势图储存器，便于硬件控制与操作。

2 系统理论分析

主要器件选择

2.1 OPA544模块芯片

该OPA544适用于驱动各种高功率负载的高电压、大电流运算放大器。高性能 FET运算放大器电路和高功率输出级相结合在一个单芯片。该OPA544由OPA544由内部电流限制和热关电路来保护。

2.2 STM32同步数据采集板

STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的 ARM Cortex-M3内核。

3 电路与程序设计

3.1 采样回路

数据采集板集成STM32控制器，8通道同步采样200K/16bit 高性能 ADC芯片AD7606，高速USB通信芯片FT2232HL，8通道x100k高速以太网通信（SPI 接口），8道 x200K高速以太网通信（16bit 并口），辅助通信有RS485，CAN实现数据采集与实时上传。

3.2 功率放大回路

由高频谐振功率放大器电路并根据运算放大器工作在线性区时“虚短”和“虚断”的特点可知：

作者简介

崔楠（1999-），女，吉林省四平市人；学历：大学本科，现就职单位：石家庄铁道大学，研究方向：通信工程。

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