基于LPC2103的三相電信號數據采集系統

　　本方案以LPC2103為核心設計的三相電信號數據采集系統，采用霍爾傳感器準確、安全的獲取電壓電流信號，數據的存儲采用SD卡存儲方式和串口發送數據至上位機存儲模式兩種法相結合，增加了數據采集系統的應用靈活性，并給出了詳細的軟、硬件開發過程。通過測試軟件的標定換算，數據采集的結果是準確并有效的，從而驗證了方案中所設計的三相電信號數據采集系統能夠為進行基于電機拖動的液壓動力系統運行狀態監測研究奠定良好的數據平臺。

　　0 引言

　　基于三相異步電機驅動的液壓設備憑借其運行中的諸多優點在生產實踐中得到廣泛應用，針對液壓系統安全穩定的運行而開展的研究也越來越多。各種能夠反應此類設備運轉狀態的特征信號中，電機的三相電信號能夠充分的反應其液壓故障和電機故障［1］，且三相電信號具有穩定、不易受干擾的特點。因此，根據應用的需要，開發具有高便攜性和實用性的三相電信號數據采集系統，完成對液壓設備運行中三相電信號實時準確的采集、存儲等功能，對實現基于電機驅動的液壓設備狀態監測以及故障診斷等工作都是十分重要和有意義的。

　　1 系統的硬件開發

　　根據三相電信號數據采集系統的應用環境，本文開發的數采系統硬件部分由模擬信號獲取、調理單元，數據采集與處理單元和數據存儲數據通信四大模塊組成。系統的原理如圖1所示。

　　1.1 主控芯片單元

　　主控芯片是整個數據采集系統的核心部分。根據應用的設計需求，在選擇主控芯片時，主要有以下方面：

　?。?）體積小且具有豐富的內部資源，以減少外部擴展，減小數據采集系統硬件模塊的體積；

　?。?）具有較高的運算速率，提高實時數據的準確度；

　?。?）低功耗、高性價比。

　　綜合上述問題本設計選擇以LPC2103為主控芯片，最小系統如圖2所示。

　　LPC2103采用外部晶振，由CX1、CX2和11.0592MHz的晶振組成，之后將通過內部PLL，4倍頻提供給芯片內部工作時鐘。CX3，CX4和Y2為實時時鐘晶振部分［2-3］。

　　1.2 信號獲取單元

　　本設計開發的數采系統，信號的獲取包括三相電壓和三相電流兩部分，根據這兩種信號的特點進行了相關硬件設計。

　　1.2.1 三相電壓獲取

　　驅動液壓設備的三相異步電機的其額定工作電壓大都為380 V，而本設計采用的AD 芯片為LPC2103 內置的10 位A/D 模塊，它要求輸入模擬信號的電壓范圍為0~3.3 V.因此，在實現準確測量的前提下，考慮到使用的方便，設計的實現周期和經濟等問題，三相電壓的獲取采用了電阻分壓式，原理圖如圖3所示。