基于HY16F198和霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)電流數(shù)值測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一，內(nèi)容簡介

本文將介紹以HY16F198搭配霍爾傳感器（WCS1800）進(jìn)行交流電流數(shù)值量測，最大可量測電流范圍從0.1A?17.68A。本文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)從0A?17.6A，比較使用電表安捷倫34401A與HY16F198透過交流信號(hào)計(jì)算出在不同頻率在45Hz，50Hz的60Hz的之間所得到的交流電流最大誤差率可以控制在3％以內(nèi)。

二，說明原理

量測原理

透過WCS1800將感應(yīng)到的交流電流轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲭妷海╒out），而輸出電壓（Vout）組成包含（Vac）交流電壓訊號(hào)和（Vdc）直流電壓訊號(hào)混和并變成的訊號(hào)，并使用HY16F198量測輸出電壓（Vout）訊號(hào)，并通過算法分析ADC計(jì)數(shù)數(shù)值，進(jìn)而換算出相對(duì)感測到的交流電流負(fù)載。但需注意，透過霍爾傳感器（A）的輸出電壓最大誤差為正負(fù)為6mV，詳細(xì)的霍爾傳感器（WCS1800）轉(zhuǎn)出每1安培特性規(guī)格表顯示在下一頁電器特性表。

霍爾傳感器（WCS1800）因?yàn)楸旧淼妮敵鲭妷海╒OUT）帶有吸塵器交流電壓加上Vdc的直流電壓混和成分，而伏的數(shù)值為1/2 Vdd時(shí)，因此，本文應(yīng)用使用HY16F198設(shè)置VDDA電壓為3V，并且在ADC緩存器內(nèi)部設(shè)置ADC輸入?yún)⒖茧妷悍糯蟊稊?shù)為VREF * 1/2（VREF = VRPS-VRNS），如把緩存器做設(shè)置設(shè)定，可以準(zhǔn)確的量測到輸入電壓最大范圍1.5V。但是這樣的連接，就無法量測到Hall Sensor的Vout輸出電壓范圍，所以需要在外部增加兩個(gè)分壓電阻，在ADC的AIO（0）與VDDA和VSS之間各串10k奧姆電阻做分壓，因此量測到的電壓數(shù)值再透過交流信號(hào)計(jì)算分析求出感應(yīng)到的交流電流，并且由LCD顯示器做電流數(shù)值顯示。

圖1霍爾傳感器

圖2框圖結(jié)構(gòu)

控制芯片

單片機(jī)簡介：HY16F系列32位高性能閃存單片機(jī)（HY16F198）

圖3 HY16F198

（1）采用最新安第斯山脈32位CPU核心N801處理器

（2）電壓操作范圍2.2?3.6V，以及-40℃?85℃工作溫度范圍。

（3）支持外部的20MHz石英震蕩器或內(nèi)部16MHz的高精度RC震蕩器，擁有多種CPU工作頻率切換選擇，可讓使用者達(dá)到最佳省電規(guī)劃。

（3.1）運(yùn)行模式350uA @ 2MHz的/ 2（3.2）待機(jī)模式為10uA @ 32KHz的/ 2（3.3）休眠模式2.5uA（4）程序內(nèi)存64K字節(jié)閃存ROM（5）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8K字節(jié)的SRAM（

（3.2）待機(jī)模式10uA @ 32KHz / 2

（3.3）休眠模式2.5uA

（4）程序內(nèi)存64KBytes Flash ROM

（5）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8KBytes SRAM。

（6）擁有6）具有BOR和WDT功能，可防止CPU死機(jī)。BOR和WDT功能，可防止CPU死機(jī)。

（7）24位高精密度ΣΔADC模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（7.1）內(nèi)置PGA（可編程增益放大器）最高可達(dá)128倍放大。

（7.2）內(nèi)置溫度傳感器。

（8）超低輸入噪聲運(yùn)算放大器。

（9） ）16位定時(shí)器A

（10）16位定時(shí)器B模塊具PWM波形產(chǎn)生功能

（11）16位定時(shí)器C模塊具捕獲/比較功能

（12）硬件串行通訊SPI模塊

（13）硬件串行通訊I2C模塊

（14）硬件串行通訊UART模塊

（15）硬件RTC時(shí)鐘功能模塊

（16）硬件Touch KEY功能模塊

三，系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件說明

HY16F198搭配Hall Sensor連接電路如下，AIO1與Hall Sensor的Vout接，AIO0透過10K電組分壓電路連接在VDDA與VSS之間，這樣就可以量測到帶有1 / 2VDDA的交流電壓訊號(hào)。

圖4線路硬件連接圖

主要組件介紹（1） MCU：HY16F198，功能為量測電信號(hào)、控制、運(yùn)算包含功能為儲(chǔ)存校正參數(shù)。

（2） LCD Display：負(fù)責(zé)顯示量測出來的電流數(shù)值。

（3） 10K奧姆分壓電路：主要做為分壓電路應(yīng)用，可以量測到帶有1/2VDDA的交流電壓訊號(hào)。

（4） Hall Sensor ：將感應(yīng)到的交流電流轉(zhuǎn)換為Vac加上Vdc的混合電壓輸出訊號(hào)。

函式使用說明：1. void AC_DataCount（int index， int ADC_Data） ：把量測到的ADC Data轉(zhuǎn)換成AC Data. int index ：代表所量測到的ADC Data資料筆數(shù)。

int ADC_Data ：使用HY16F198 ADC所量測到的ADC Data數(shù)值。

2. long long AC_Algorithm（void） ： AC Data透過交流信號(hào)算法計(jì)算出電流數(shù)值。

一、范例程序

/*——*/ /* MAIN function */ /*——*/ int main（void）

{ long long AC_Value；DisplayInit（）；ClearLCDframe（）；Delay（10000）；DisplayHYcon（）；Delay（1000）；MCUSTATUSbits._byte = 0；Count=0；InitalADC（）；SYS_EnableGIE（7，0x1FF）； //Enable GIE（Global Interrupt）

while（1）

{ if（MCUSTATUSbits.b_ADCdone） //b_ADCdone=1 execute below { MCUSTATUSbits.b_ADCdone=0；AC_Value = AC_Algorithm（）； // To do AC algorithm and to show current value AC_Value=AC_Value/0.5770； // Using 60HZ gain value， calibrate at 2000mA LCD_DATA_DISPLAY（AC_Value）； //Display AC Value Count=0；DrvADC_CombFilter（0）；DrvADC_ClearIntFlag（）；DrvADC_EnableInt（）；DrvADC_CombFilter（1）；} return 0；} /*——*/ /* ADC Interrupt Subroutines */ /*——*/ void HW2_ISR（void）

{ int ADCData；if（DrvADC_ReadIntFlag（））

{ DrvADC_ClearIntFlag（）；ADCData=DrvADC_GetConversionData（）；AC_DataCount（Count++，ADCData）； // AC Algorithm ： to get ADCData if（Count》=AC_DataLen） //to do 4096 times { DrvADC_DisableInt（）；MCUSTATUSbits.b_ADCdone=1；} /*——*/ /* ADC Initialization Subroutines */ /*——*/ void InitalADC（void）

{ //Set ADC input pin DrvADC_SetADCInputChannel（ADC_Input_AIO1，ADC_Input_AIO0）； //Set the ADC positive/negative input voltage source. DrvADC_InputSwitch（OPEN）； //ADC signal input （positive and negative） short（VISHR） control. DrvADC_RefInputShort（OPEN）； //Set the ADC reference input （positive and negative） short（VRSHR） control. DrvADC_Gain（ADC_PGA_Disable，ADC_PGA_Disable）； //Input signal gain for modulator. DrvADC_DCoffset（0）； //DC offset input voltage selection （VREF=REFP-REFN）

DrvADC_RefVoltage（VDDA，VSSA）； //Set the ADC reference voltage. DrvADC_FullRefRange（1）； //Set the ADC full reference range select. //0： Full reference range input //1： 1/2 reference range input DrvADC_OSR（10）； //10 ： OSR=32 DrvADC_CombFilter（ENABLE）； //Enable OSR DrvADC_ClkEnable（0，1）； //Setting ADC CLOCK ADCK=HS_CK/6 Rising edge is high //Set VDDA voltage DrvPMU_VDDA_LDO_Ctrl（E_VDD3V）；DrvPMU_BandgapEnable（）；DrvPMU_REFO_Enable（）；DrvPMU_AnalogGround（ENABLE）； //ADC analog ground source selection. //1 ： Enable buffer and use internal source（need to work with ADC）

//Set ADC interrupt DrvADC_EnableInt（）；DrvADC_ClearIntFlag（）；DrvADC_Enable（）；}

責(zé)任編輯：gt