摘  要： 介紹了一種間接測量交流電壓有效值的新方法?；诓煌译妷号c基準(zhǔn)電壓比較,，會得到脈寬不同的矩形波這一基本物理現(xiàn)象，利用單片機(jī)測量矩形波正脈寬,，通過測寬得到的計數(shù)值N間接反映正弦電壓有效值,。詳細(xì)解釋了測量原理,，并給出了在Matlab/Cftool和Proteus仿真情況下交流電壓UAV、脈沖寬度T,、正脈沖測寬計數(shù)值N之間的數(shù)值對應(yīng)關(guān)系,，以及計數(shù)值N與交流電壓有效值UAV間的擬合多項式。此外,，還搭建了主要由89C51和LM139組成的硬件電路,，實現(xiàn)測量過程，驗證了此方法在實際應(yīng)用中的有效性,。
關(guān)鍵詞： 電壓測量,；正脈沖測寬；多項式擬合

　交流電壓有效值是根據(jù)“焦耳·楞次”定律來定義的,?；诖硕x，早期實現(xiàn)有效值的測量方法有：利用熱電偶的熱電變換器,，或者采用峰值檢測法,、絕對平均法分別測出交流信號的峰值或絕對平均值，再進(jìn)行換算[1],。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展,，較為理想的方法是利用集成器件實現(xiàn)有效值的實時計算[1]，這樣的集成器件有真有效值-直流變換器（如AD637）,，或者其他功能更強(qiáng)大的,、基于交流采樣的集成電路[2]（如CS5463）。這類方式均在芯片內(nèi)部或外圍電路中執(zhí)行了A/D轉(zhuǎn)換,，硬件電路相對復(fù)雜,，且成本較高。
本文所介紹的測量方法沒有采用A/D轉(zhuǎn)換,，簡化了硬件電路的設(shè)計,，雖然測量精度不及熱功率法或真有效值轉(zhuǎn)換方法，而且當(dāng)測量信號頻率變化大,、含較多諧波成分時更會影響有效值的測量精度,，但測量速度相比于其他方式有明顯優(yōu)勢，更適于當(dāng)電源電壓高于或低于某一正常值時需要做快速處理的工業(yè)設(shè)備的電壓測量,。

2 UAV與N的擬合多項式
　在Matlab中搭建模型,，得到有效值UAV與脈寬T之間數(shù)值對應(yīng)關(guān)系，如圖3所示,。在Proteus中,，通過單片機(jī)對正脈沖測寬（單片機(jī)的時鐘頻率設(shè)為12 MHz），得到與脈寬T對應(yīng)的計數(shù)值N。綜合Matlab與Proteus的仿真結(jié)果,，利用Matlab的Cftool工具箱,，可以得到擬合二次多項式：UAV=1.208×10-5×N2-0.058 77×N+372.8，以及對應(yīng)的殘差,，如圖4所示,。

3 測量方法與應(yīng)用
　以上只是仿真實現(xiàn)的測量過程，實際應(yīng)用中需要利用標(biāo)準(zhǔn)信號源和硬件仿真器記錄一組實際電壓和對應(yīng)的計數(shù)值,，根據(jù)這組試驗數(shù)據(jù),，利用Matlab的Cftool工具箱得到實際應(yīng)用中UAV和N之間的擬合多項式，將擬合多項式寫入程序后,，才能通過計數(shù)值N實現(xiàn)電壓的間接測量,。
　圖5所示為測量電路框圖，被測電壓經(jīng)過信號調(diào)理電路后與基準(zhǔn)信號VDC相比較,，利用單片機(jī)對比較器輸出的矩形波正脈沖測寬,，將計數(shù)值N代入擬合多項式即可得到輸入電壓Uin。調(diào)理電路中的強(qiáng)弱隔離,、隔直以及針對浪涌等現(xiàn)象增加的保護(hù)是設(shè)計硬件電路時需要注意的。在尋找擬合多項式的過程中,，為減小殘差或者降低擬合多項式階次可對試驗數(shù)據(jù)分段處理,。

　本文介紹了利用單片機(jī)對正脈沖測寬，通過測寬得到的計數(shù)值N間接計算被測交流電壓有效值UAV的新方法,。這種測量思想不僅適用于工頻電壓的測量,，而且對一切已知波形信號的測量都有參考價值。在整個測量過程,，信號調(diào)理電路的性能和擬合多項式的精確度是誤差的主要來源,。在滿足這兩個前提下，可以提高單片機(jī)的時鐘頻率來提高測量精度,。
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