1　系统设计
        采集模块以高性能微处理器STC12C5A32AD 为 核心,外围由信号变换、实时时钟、串行通信和大容量 串行存储器等电路构成CONTROL ENGINEERING China版权所有,整个系统结构如图1所示。
      

        单片机STC12C5A32AD 是宏晶科技新推出的一 款处理器控制工程网版权所有,具有高速、低功耗、超强抗干扰等特点,速度 是传统80C51的8～12倍。芯片内部集成了MAX810 专用复位电路, 2路PWM, 8路高速A /D转换;内置掉 电检测电路,省去了外部扩充掉电检测芯片;对于时钟 和串行通信速度不太敏感的系统,可以使用内部的R / C振荡电路。内部集成32K的E2 PROM大大方便用 户存储掉电不丢失的数据,并节省了相应的成本和IO 端口。由于内部已经集成了独立的波特率发生器,此系 列单片机串行通信的速率可以不由内部定时器T1的溢 出率来决定www.cechina.cn,这样可以让T1实现定时或者计数的功能。 对于电压监测系统的测量精度主要取决于系统的前 端采集部分。被监测的电网电压一般是220V左右的交 流电,不能由单片机直接进行测量,先通过带缓冲器的降 压器,降至3～4V的交流小信号,原理图如图2所示。

        缓冲降压器的原理是通过运放OP07来实现的, 其输出的电压和测量电压之间的关系:
        Vin为测量的电压。从关系式可以看出, Va 和Vin比例 关系取决于R10和R12 ,在实际制作硬件电路时,选取温 漂比较小的电阻,保证显示电压的稳定。
        降压之后的电压信号为交流小信号,再通过真有 效值转换芯片AD536转换成有效值相等的直流信号 并输出,有效值转换电路图如图3所示。

        AD536是美国AD公司推出的一款14脚的真有 效值转换芯片,它可以对复杂(非直流)或者直流脉冲 信号进行处理,转换成一个对应于有效值的直流信号 输出。在应用时只需在AD536的外部接少量的阻容 器件,十分方便,精度高达0. 2%。AD536内部主要分 为4部分:绝对值线路、平方/除法器、电流镜和输出缓 冲放大器。对于用户无需了解内部的具体原理,只需 掌握其典型应用电路的设计即可。根据芯片的参考手 册www.cechina.cn,电容C10和C22需要精度比较高的电容,建议采 用0. 33μF的涤纶电容。
        AD536转换输出的直流信号通过V /F 变换芯片 LM331输出其直流信号所对应频率的数字脉冲供单 片机进行采集,从而单片机计算出直流信号的大小。 在本设计中没有采用传统的A /D转换器来把模拟信 号变成数字信号,而是采用LM331进行V /F变换。优 点如下:
        (1) 由于把电压信号变成频率信号,因此可以通 过高速光耦进行隔离,以减少测量电压对测量系统的 干扰,同时使单片机接口电路变得简单;
        (2) 芯片对干扰信号的反应不灵敏,因此适用于 现场较恶劣的电磁环境;
        (3) 芯片具有较宽的频率范围( 0～100kHz) ,并 有良好的线性度控制工程网版权所有,可以实现高精度的测量。V /F变换的电路图如图4所示。