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有一個產品，用于魚塘增氧泵的遠程監控，通過4G移動通信模塊連接到服務器。
將采集到的增氧泵的工作電流、電壓實時發送給服務器。
通過對電流、電壓的判斷進行故障保護。
用戶可隨時遠程查看增氧泵的電壓、電流等工作狀況，并可以遠程啟停。
當發生各種故障時，以及發生停電事件時，可以即時給用戶撥打電話。
一般來說，魚塘動輒幾十上百畝，這么大的魚墉使用的增氧泵數量比較大。
因此，能控制的增氧泵數量越多，控制器越有競爭力。
對于一路控制，需要至少檢測4路電流（包括三相電流以及零序電流），每一路電流的檢測都需要有電流互感器、采樣電流、信號調理電路，保護電路等等，需要一大堆的電子元器件。
傳統的做法如下：
傳統的市電電流檢測電路
在這個電路中，交流互感器CT1感應的電流經過電阻R6采樣成電壓。
再經過運放U3A,U3B以及二極管D1,D3等器件構成的精密絕對值電路，將輸入的負電壓轉換為正電壓。
再經過R2、C1等器件構成的低通濾波器，濾成直流。
其中R5、D2用于輸入端口保護，以及避免輸入電壓超過VREF電壓時對ADC的精度造成影響。
這個電路有幾個缺點：
2)精密絕對值電路需要兩個運放，和包括電阻、二極管、電容在內的至少7個器件。
3)采用平均值法測量電流，再通過正弦信號的有效值和平均值的轉換關系，換算出有效值，而不是真正通過積分算出來的真有效值。在市電有諧波時，與真有效值表的讀數有比較大的偏差。
我們經過反復考慮，創造性地設計了以下的電路：
創造性的電路改進
這個電路的思路在于，通過運放將采樣的電流信號放在到合適的幅度，通過運放同相端輸入的正電壓將交流信號抬升到0V以上，到MCU工作電壓的一半，約為1.65V。
MCU/DSP在市電的一個周期20ms內，等間隔采樣n個點，采用真有效值的計算方法計算電流的真有效值。
有以下優點：
1)采用可以單電源供電的運放LM224，節省了一個運放；
2)只需要對交流信號放大，不需要復雜的絕對值電路，復雜的運算由軟件算法實現。
每一路的信號調理電路只需3個元器件(2個電阻和1 個電容)，比傳統絕對值電路少了4個元器件和1個運放)。
3)由于外殼尺寸的限制以及成本的限制，PCB板的位置寸土寸金。改進之后，每一路器件所占用的面板不到改進前的1/4。
4)運放LM224采用5V電壓供電，其滿幅度輸出電壓為5V-1.4V=3.6V，不會超過MCU供電壓電3.3V+0.3V，不但省了1個保護二極管，而且比改進來通過二極管做的輸入保護效果還更好。
在這個電路中，直流工作電平為：
3.3V/(R112+R76)R76(1+R1/R7)=3.3V/(2.2+47)2.2(1+47/4.7)=1.62V。
這樣可以做到輸入電壓信號的最大幅度。
當市電電流為額定值5A真有效值時，采用2000:1的交流互感器，采樣電阻R6采用25R。
運放輸出的額定交流信號為：
51.4142/200025(R1/R7)=1.76v峰峰值。
此時，輸入到MCU的電壓信號為
疊加在1.62V的直流電平上，峰峰值為1.76V的交流信號。
此時，最低輸入電壓為0.74V，最高輸入電壓為2.50V。
來源：物聯網全棧開發
審核編輯：湯梓紅
工商網監
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