Аппаратное обеспечение
На рисунке представлена схема. Ей не требуется внешнее питание, потому что она питается от измеряемой линии переменного тока. Схема измерения потребляет всего несколько мА, поэтому источник питания состоит из емкостного источника питания, часто используемого для устройств с низким энергопотреблением.
Стабилитрон D1 является шунтирующим элементом для ограничения выходного напряжения, превышенный ток пропускается через стабилитрон. R1 - это защитный резистор для ограничения импульсного тока при включении. C1 необходимо разрядить высоким сопротивлением, чтобы избежать поражения электрическим током, если отсутствует путь разряда при отключении входа.
U2 - это микроконтроллер ATtiny-45. Входное напряжение делится резисторами и подается на АЦП без буферного усилителя. Это не проблема, потому что импеданс источника становится примерно 2,5 кОм. Чтобы исключить калибровку, используются компоненты с высокой точностью 1% для опорного напряжения (LDO) и делителя напряжения (Ra / Rb / Rc).
Данные измерений передаются в виде последовательных данных с постоянным интервалом. Последовательный интерфейс изолирован оптроном U3 для использования неизолированного источника питания. Если местом назначения является микроконтроллер, подключите выход оптоизолятора к UART RXD с подтягивающим резистором в несколько кОм.
Программное обеспечение
Входной сигнал дискретизируется с частотой 9600 выборок в секунду. Значение частоты дискретизации определяется для синхронизации программно реализованной последовательной передачи из-за отсутствия UART в ATtiny45.
Частота сети переменного тока измеряется при каждом переходе через ноль. Диапазон изменения частоты сети переменного тока обычно составляет ± 200 мГц от номинального значения, и его необходимо измерять с разрешением не менее нескольких мГц. Разрешение измерения частоты в методе прямого счета составляет 1 / Tg Гц, где Tg - время стробирования для подсчета триггеров. Когда он измеряет частоту с интервалом в 5 секунд, разрешение становится 200 мГц (миллигерц). Этого недостаточно.
Для измерения низких частот обычно используется обратный метод. Он измеряет триггер цикла времени T, а затем вычисляет частоту с помощью F = 1 / T. Разрешение по частоте обратной методы является т / t² Гц, где т это временное разрешение времени цикла Т. В этом проекте t составляет 1 / 9,6k, а разрешение становится 200 мГц при частоте входного сигнала 50 Гц. Этого все еще недостаточно. Однако реальная реализация обратного метода измеряет количество циклов ncyc как входную частоту, и разрешение становится t / T² / ncyc Гц. В этом проекте измеряется с интервалом в 5 секунд, и разрешение становится примерно 1 мГц при 50 Гц, 1,25 мГц при 60 Гц.
Измерение напряжения
