多路电流汇检测系统
在光伏发电系统中，数量庞大的光伏电池组件进行串并组合达到需要的电压电流值，以使发电效率达到最佳。其中一个非常重要的步骤就是对光伏电池阵列产生的电流进行汇集，用于减少光电池阵列接入到逆变器的连线，优化系统结构，提高可靠性和可维护性。在提供汇流的同时，还要监测了光电池板运行状态，即检测各路电流的实时值，并设计显示电路，显示数据系统还应配相应接口，可以把测量和采集到的数据上传到监控系统。 HM000064
本次设计是基于单片机的多路电流汇集与检测系统。课题主要是对光伏发电系统中的每一块光伏电池进行实时检测,完善光伏发电系统。系统主要有电流选择采样模块，I/V转换模块，A/D转换模块，控制模块，通信模块以及显示模块。在设计中以STC89C51单片机作为多路电流采集检测系统的核心器件，用锰铜电阻作为电流采样电阻，通过TI公司的INA196芯片来完成对电流电压的转换以及对转换后的电压放大，再用ADC0809完成采集所得数据的A/D转换，之后通过RS485串口通信完成对上位机的数据传输，并且将数据在显示电路上显示出来。同时在对电流监控的过程中对电流出现异常的一路系统会自动关断，从而达到保护电路的目的。
3.1 多路电流采集方案分析及设计 查看完整请+Q:351916072获取
电流信号的采集系统主要由以下几个部分构成:电流采样电阻、A/D转换、控制处理系统以及显示电路。其中采集系统的采样电阻选择对整个系统的精度具有重要的影响，而A/D转换的速度对整个系统的精度也具有极其重要的影响。
3.1.1 模拟集成开关的选择
模拟集成开关是一种用数字信号来控制电路的导通与截止以达到控制模拟信号作用的器件，所以又被称做电子开关。选择模拟开关时主要考虑一下几个指标：
一、通道数量：通道的数量对传输信号的精度和开关的选择有直接的影响，通道数量越多，模拟开关的寄生电容和泄漏电流就越大。因此当选通一个通道时其他处于阻断状态的通道并没有完全断开，而是处于高阻态，因此会在导通通道内产生泄漏电流，模拟开关的通道越多，其泄漏电流就越大，通道之间的干扰也就越严重。
二、泄漏电流：一个理想的模拟开关要求通道中导通电阻为零，而在通道断开时电阻趋于无穷大，从而在通道闭合时可视为断路。而实际的CMOS电流约为。如果信号的内阻很高，传输信号的电流就为零，所以需要考虑模拟开关的漏电流，一般希望电流越小越好。
三、导通电阻：导通电阻的平坦度与导通电阻一致性。导通电阻会损失信号，使信号精度降低，尤其是当开关串联的负载为低阻抗时损失更大，在课题设计中应根据实际情况选择导通电阻足够低的模拟开关。但导通电阻和泄露漏电流是相互矛盾的，若要求导通电阻小，则应当扩大沟道，结果会使漏电流增大，所以需要选用导通电阻较大的模拟开关。
除此之外，开关的速度和电源的电流电压范围也是很重要的参数，在应用时要根据实际情况灵活选择。
在常规应用中，模拟开关一般是切换电压信号， 不是所有的多路模拟开关都能完美地切换电流。对模拟开关的具体要求是漏电流要小，同时没有导通阈值，在 I/V转换时要有良好的线性度。以 LF13508、CD4051和 ADG508为例，在单通道 I/V转换线性度测试得到的实验数据如图4.1所示。
a LF13508 b CD4051 c ADG501
图3.1 几种模拟开关电流转换线性度 查看完整请+Q:351916072获取
由图3.1可见，三种模拟开关的线性度都可以满足要求。当输入端为 8路电流时，CD4051与 LF13508(图3.1a 、3.1b)都不能全部关死，导致漏电流很大，不适合电流切换。相比较之下，ADG508的漏电流要比CD4051和LF13508小，因此选用 ADG508。对ADG508进行静态测试，其主要性能参数：
导通电阻：300Ω；
开关时间：=0ns，=250ns ；
低漏电流：20pA；
与TTL和CMOS电平兼容；
在对ADG508进行了静态测试后，我们再对其进行动态测试：将ADG508的3个控制端口分别接单片机的P1.0,P1.1,P1.2快速切换各个通道，检测各个通道间的寄生电容。由于模拟开关各通道寄生电容的存在，I/V转换电压不能立即达到稳定状态，稳定时间与转换开关有关。测试显示达到误差范围内所需时间大约为0.2mS。寄生电容与制作工艺有关，在现有条件下，无法完全根除寄生电容，为了增加精确度，采用轮流扫描的方法，通过INA196来转换将要达到稳定的某一路信号。从而将误差减到最小。
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪 论 1
1.1 课题背景介绍 1
1.2 课题研究对象介绍 2
1.3 本课题的研究目的和任务 4
第2章 系统总体方案 5
2.1 总体系统介绍 5
2.2 常规多路数据采集电路方式 5
2.3 常规多路电流采集方案 7
2.4 本文设计多路电流采集方案 8
2.5 电流的汇集 8
第3章 硬件电路设计 10
3.1 多路电流采集方案分析及设计 10
3.1.1 模拟集成开关的选择 10
3.1.2采样电阻的选择 12
3.1.3电流电压转换模块的选择 15
3.1.4电流电压转换采用方案 16
3.1.5 INA196芯片介绍 17
3.1.5 电流电压转换模块选定方案介绍 18
3.1.6 A/D转换模块的选择 18
3.2 通信模块的选择 19
3.2.1 通信协议的选择 19
3.2.2 通信模块的设计 22
3.3 控制模块的设计 23
3.3.1单片机的选择 23
3.3.2 单片机最小系统 24
3.4 显示模块的设计 25
第4章 软件功能实现 28
4.1 软件流程图介绍 28
4.1.1 硬件电路系统初始化 28
4.1.2 A/D初始化 29
4.2 上位机编程介绍 30
4.2.1 上位机程序Labview简介 30
4.2.2 利用labview从串口接收数据 31
4.2.3 数据接收流程图 31
第5章 结论 33
5.1 硬件调试 33
5.2 软件调试 33
5.3 测试结果 33
参考文献 35
致 谢 36
附 录 37
电路原理图及PCB 39
一、英文原文： 42
Microcomputer Systems 42
二、英文翻译： 50
单片机控制系统 50
期中教学检查表 56 查看完整请+Q:351916072获取
本次设计是基于单片机的多路电流汇集与检测系统。课题主要是对光伏发电系统中的每一块光伏电池进行实时检测,完善光伏发电系统。系统主要有电流选择采样模块，I/V转换模块，A/D转换模块，控制模块，通信模块以及显示模块。在设计中以STC89C51单片机作为多路电流采集检测系统的核心器件，用锰铜电阻作为电流采样电阻，通过TI公司的INA196芯片来完成对电流电压的转换以及对转换后的电压放大，再用ADC0809完成采集所得数据的A/D转换，之后通过RS485串口通信完成对上位机的数据传输，并且将数据在显示电路上显示出来。同时在对电流监控的过程中对电流出现异常的一路系统会自动关断，从而达到保护电路的目的。
3.1 多路电流采集方案分析及设计 查看完整请+Q:351916072获取
电流信号的采集系统主要由以下几个部分构成:电流采样电阻、A/D转换、控制处理系统以及显示电路。其中采集系统的采样电阻选择对整个系统的精度具有重要的影响，而A/D转换的速度对整个系统的精度也具有极其重要的影响。
3.1.1 模拟集成开关的选择
模拟集成开关是一种用数字信号来控制电路的导通与截止以达到控制模拟信号作用的器件，所以又被称做电子开关。选择模拟开关时主要考虑一下几个指标：
一、通道数量：通道的数量对传输信号的精度和开关的选择有直接的影响，通道数量越多，模拟开关的寄生电容和泄漏电流就越大。因此当选通一个通道时其他处于阻断状态的通道并没有完全断开，而是处于高阻态，因此会在导通通道内产生泄漏电流，模拟开关的通道越多，其泄漏电流就越大，通道之间的干扰也就越严重。
二、泄漏电流：一个理想的模拟开关要求通道中导通电阻为零，而在通道断开时电阻趋于无穷大，从而在通道闭合时可视为断路。而实际的CMOS电流约为。如果信号的内阻很高，传输信号的电流就为零，所以需要考虑模拟开关的漏电流，一般希望电流越小越好。
三、导通电阻：导通电阻的平坦度与导通电阻一致性。导通电阻会损失信号，使信号精度降低，尤其是当开关串联的负载为低阻抗时损失更大，在课题设计中应根据实际情况选择导通电阻足够低的模拟开关。但导通电阻和泄露漏电流是相互矛盾的，若要求导通电阻小，则应当扩大沟道，结果会使漏电流增大，所以需要选用导通电阻较大的模拟开关。
除此之外，开关的速度和电源的电流电压范围也是很重要的参数，在应用时要根据实际情况灵活选择。
在常规应用中，模拟开关一般是切换电压信号， 不是所有的多路模拟开关都能完美地切换电流。对模拟开关的具体要求是漏电流要小，同时没有导通阈值，在 I/V转换时要有良好的线性度。以 LF13508、CD4051和 ADG508为例，在单通道 I/V转换线性度测试得到的实验数据如图4.1所示。
a LF13508 b CD4051 c ADG501
图3.1 几种模拟开关电流转换线性度 查看完整请+Q:351916072获取
由图3.1可见，三种模拟开关的线性度都可以满足要求。当输入端为 8路电流时，CD4051与 LF13508(图3.1a 、3.1b)都不能全部关死，导致漏电流很大，不适合电流切换。相比较之下，ADG508的漏电流要比CD4051和LF13508小，因此选用 ADG508。对ADG508进行静态测试，其主要性能参数：
导通电阻：300Ω；
开关时间：=0ns，=250ns ；
低漏电流：20pA；
与TTL和CMOS电平兼容；
在对ADG508进行了静态测试后，我们再对其进行动态测试：将ADG508的3个控制端口分别接单片机的P1.0,P1.1,P1.2快速切换各个通道，检测各个通道间的寄生电容。由于模拟开关各通道寄生电容的存在，I/V转换电压不能立即达到稳定状态，稳定时间与转换开关有关。测试显示达到误差范围内所需时间大约为0.2mS。寄生电容与制作工艺有关，在现有条件下，无法完全根除寄生电容，为了增加精确度，采用轮流扫描的方法，通过INA196来转换将要达到稳定的某一路信号。从而将误差减到最小。
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪 论 1
1.1 课题背景介绍 1
1.2 课题研究对象介绍 2
1.3 本课题的研究目的和任务 4
第2章 系统总体方案 5
2.1 总体系统介绍 5
2.2 常规多路数据采集电路方式 5
2.3 常规多路电流采集方案 7
2.4 本文设计多路电流采集方案 8
2.5 电流的汇集 8
第3章 硬件电路设计 10
3.1 多路电流采集方案分析及设计 10
3.1.1 模拟集成开关的选择 10
3.1.2采样电阻的选择 12
3.1.3电流电压转换模块的选择 15
3.1.4电流电压转换采用方案 16
3.1.5 INA196芯片介绍 17
3.1.5 电流电压转换模块选定方案介绍 18
3.1.6 A/D转换模块的选择 18
3.2 通信模块的选择 19
3.2.1 通信协议的选择 19
3.2.2 通信模块的设计 22
3.3 控制模块的设计 23
3.3.1单片机的选择 23
3.3.2 单片机最小系统 24
3.4 显示模块的设计 25
第4章 软件功能实现 28
4.1 软件流程图介绍 28
4.1.1 硬件电路系统初始化 28
4.1.2 A/D初始化 29
4.2 上位机编程介绍 30
4.2.1 上位机程序Labview简介 30
4.2.2 利用labview从串口接收数据 31
4.2.3 数据接收流程图 31
第5章 结论 33
5.1 硬件调试 33
5.2 软件调试 33
5.3 测试结果 33
参考文献 35
致 谢 36
附 录 37
电路原理图及PCB 39
一、英文原文： 42
Microcomputer Systems 42
二、英文翻译： 50
单片机控制系统 50
期中教学检查表 56 查看完整请+Q:351916072获取
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jsj/jsjkxyjs/3254.html
