基于单片机控制的交流电流信号检测装置的设计*

赵 新

（武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065）

1 系统方案

本系统主要由功率放大电路、电流检测分析电路、主控电路、显示电路、电流传感器部分组成。系统结构框图如图1所示。

该系统以IAP15W4K58S4单片机为核心部件，通过按键选择不同放大通道对非接触式传感器的电流信号进行测量，单片机采集电压和频率数据进行计算，在液晶屏上实时显示当前检测电流的峰峰值及频率。

2 电流测量方法

利用非接触式方法测量电路中的电流，故考虑采用电磁感应原理来测量。电磁感应现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流。

其产生感应电动势：

由于交流电符合正余弦曲线规律，用微分形式表示上式：

图1 系统结构框图

发电机、变压器上瞬时磁通量：

瞬间感应电动势：

最大感应电动势：

由（5）和（6）得 E有效= 2πfNϕm=4.44×fNϕm。

从E有效公式可以看出，当线圈匝数恒定时，输入信号频率f与电动势有效值成正比。

因此根据锰芯磁环的大小，用漆包线在其上绕制线圈自制了一个匝数为1900、电感量约为307.4mH、电阻值为45Ω的电磁感应探头，用以检测电流信号。经电感表测试发现，线圈绕制匝数越多，电感量越大，电阻值也越大，感应也越灵敏，但是电感量越大，引入的干扰反而会越多。

3 硬件电路设计

3.1 功率放大电路的设计

TDA2040作为功放芯片，其输出功率最大可以达到22W（RL=4Ω），可以通过调节R6来改变放大倍数。……