引言

隨著電力工業的快速發展，光纖電流傳感器在對高壓電流信號進行實時監測方面的應用越來越廣，而如何對光纖電流傳感系統進行精度測試也成為一個新的研究課題。由于測試環境需要在高壓條件下進行，很難人為親自參與，所以，本文設計了一個交、直流大電流發生器，可用于模擬高壓變電站的大電流環境，從而為整個光纖電流傳感器系統的調試提供基礎支撐。

1 系統硬件設計

本大電流模擬實驗系統硬件分為單片機控制模塊、鍵盤顯示模塊、數模轉換模塊、模數轉換模塊、電流放大模塊、通訊電路接口。其系統框圖如圖1所示，圖2所示是其系統總電路圖。

2 系統軟件設計

對于采用微控制器構成的系統來說，一般硬件是骨架，而軟件則是靈魂。只有通過良好的程序支持，系統才能完成相應的功能。本系統的程序設計采用匯編語言實現。程序設計的關鍵是設計出程序運行的流程圖，設計時可以根據要實現的功能分塊進行。對某些關鍵部分，則還要考慮算法問題。在硬件設計的基礎上，系統的軟件部分又可由主程序和各模塊子程序構成。這里只對主程序流程設計做介紹。

本系統將實現的功能是：由鍵盤實現直流和交流信號的切換，并通過按鍵輸入想要產生的直流信號的幅值或交流信號的平均值和峰峰值，然后通過一個確認鍵，使要輸出的信號通過單片機處理后，再由后續電路處理，最后經A／D采集回單片機，輸入值和輸出值均要實時顯示。硬件設計時，也采用一個鍵作為直流和交流模式的切換，即MODE鍵。并用兩個鍵分別控制顯示值的上調和下調，即UP鍵和DOWN鍵。再用一個鍵作為確認鍵，即SET鍵，即通過此鍵來設置要輸出的值。主程序設計時，首先初始化各寄存器，并判斷是否有按鍵，如果有，則轉到相應的處理子程序；如果沒有，則根據SET鍵和MODE鍵標志位的情況轉到直流或交流部分處理。直流和交流部分涉及到D／A和A／D的子程序設計。按鍵部分涉及到D／A和A／D轉換數據的處理和顯示數據的處理。根據以上詳細分析設計的整個系統的主流程如圖3所示。

3 實驗數據測試及分析

實驗數據的測試可采用仿真在線測試的方法。數據測試分為直流測試和交流測試兩部分，直流測試可采用不同的反饋電阻Rf進行測試，表1所列是Rf=10 kΩ，RL=1Ω時的測試結果，圖4是直流輸入輸出值與實測值的比值曲線。

從測試結果可以看出，其實際偏差被控制在3％以內，故可達到設計要求。同時使系統在輸入為4 A的情況下連續工作15分鐘，結果證明：其輸出始終穩定在4．03 A。

交流測試可采用輸出方波調試。輸出結果是占空比為1：1的51 Hz的方波。其結果如圖5所示。

4 結束語

通過系統調試和測試結果分析證明，本系統可實現交流、直流電流信號的產生。其中直流電流發生范圍可從0～4 A，步進值為0．01A；交流目前只能產生方波，其平均值和峰峰值均可調節，頻率為51 Hz；直流信號可以實時顯示，顯示偏差小于1％，顯示結果與實際結果的偏差在3％以內；也可以將必要的數據通過串口傳給上位機。盡管系統仍然存在不足，但已可模擬高壓電流環境，從而完成對光纖電流傳感系統的實驗測試。

本系統還可增加頻率可調功能。實際應用中的光纖電流傳感器不會僅僅局限于50 Hz的交流電測量，還需要用高頻電流進行監測和控制。而要作為一個終端設備，它不應當僅僅能夠將所需數據傳送給上位機，還要能實現上位機對采集數據的分析并反過來控制終端。因此，對此系統設計一個對應的虛擬儀器，是其今后革新的方向。