摘 要 本文主要介绍城市道路照明监控系统采集和测量电流、电压、有功功率和无功功率的功能，以及采集
AD536是一种能够直接计算出交流分量或复杂波形有效值的集成电路芯片，具有集成度高、功能完善，外围元件少，电路连接简单、电性能指标容易 保证等诸多优点。AD536集成电路内部主要由绝对值/电流电压转换器、平方/除法器、电流镜及缓冲放大器四部分组成。输入的交变电压RMSin通过 AD536集成电路，转换成与有效值相等的直流信号RMSout，并将输出的直流信号RMSout通过模/数转换电路使其数字化，最后利用单片机读取数据并进行 相应的转换运算，从而得到测量采样信号的有效值。 需要说明的是，AD536不需要芯片选择控制，只要输入端有信号输入，经过一定的转换时间在输出端直接产生转换后的有效值直流信号。另外，在 AD536真有效值转换电路中，外接的均化电容C的容量选择是非常重要的，它决定了真有效值转换时间，从而决定输出精度。对50Hz正弦交流电测量时， 可以适当增大容量，如选择1m f电解电容器，以增加转换响应时间常数，提高转换精度。 4、模/数转换电路 模/数转换电路是将模拟信号转换成数字信号的电路，完成对真有效值转换后电流或电压值进行数字化处理。图5所示是模数转换电路和单片机接口 电路原理图，图中左侧部分是模/数转换电路。模/数转换电路由AD574集成电路组成，其主要特点是：转换速率高，自带三态输出缓冲电路，可直接挂在 单片机的数据总线上而无需接口电路，即输入到AD574的电压信号经模数转换成数字量后，可直接被单片机接收。 AD574集成芯片是12位逐次逼近式模数转换器，它的工作状态由CE，CS，R/C，12/8，AO/SC五个控制信号决定。CS为芯片选择信号，低电平有效（由 单片机电路地址译码器74HC138产生）；CE为芯片使能信号，高电平有效；R/C为读/启动信号，高电平读数据，低电平转换；12/8接地时表示：模数转换 后的12位数据分2次输出，即第一次输出高8位(DB4～DB11)，第二次输出低四位(DB0～DB3); AO/SC为内部寄存器控制输入端，低电平时表示高8位数据有 效，高电平时表示低4位有效。此外STS为工作状态输出端，高电平表示正在转换，低电平表示转换完毕。AD574控制信号的功能组合见表2所示。 表2 AD574控制信号功能组合
AD574芯片的控制信号状态是由单片机编程控制的。工作原理是：当单片机准备读取某一路测量数据时，由程序通过地址译码器使芯片选择信号 CS=0（ADCS），启动信号R/C=1，使AD574进入工作状态，开始对输入端的RMSout有效值模拟信号进行数字化转换。当AD574完成转换后，自动将工作状态 输出端STS由1电平变为0电平，发出中断信号，通知单片机此时AD574模数转换工作已经完成。这时单片机向AD574发出读取数据的控制信号RD，并通过 74HC00“与非门”电路送到AD574的CE端（CE=1）。单片机通过地址总线A2向AD574芯片的A0/SC端发出0电平，并通过数据总线将数字化后的12位数据中 高8位数据（DB4~DB11）读取到单片机中，之后单片机再次通过地址总线A2向AD574芯片的A0/SC端发出1电平，通过数据总线继续读取12位数据中低4位数 据（DB0~DB3），这样AD574完成了模数转换，单片机同时完成了12位的数据接收工作。转换工作完成后，单片机再次通过地址译码器使AD574转换电路的 CS=1，AD574停止工作。 AD574的12脚和10脚连接有两个电位器，主要用于零点调整和满刻度调整（增益调整），一般情况下，当电路调整完之后不应随意改动。 5、功率测量电路 功率测量电路是由AD7750集成电路芯片实现的，AD7750是一个乘积频率转换器，它能够将两个输入模拟信号（电压或电流）相乘积转换成与其成正 比的输出频率。功率测量电路的原理图如图6所示，AD7750内部结构包括2个模数转换器、1个乘法器、1个数字/频率转换器、基准电源和信号调节电路等 。基本工作原理如下： 单片机通过控制多路转换开关电路，在给定的时间内，使多路选择器U14和U15仅输出1路电流采样信号7750Iin，使U13输出与对应电流相序一致的 1路电压采样信号7750Uin（见图3和表1），分别加到AD7750集成电路的电流通道输入端V1+和电压通道输入端V2+，经模数转换变成数字信号，由数字乘 法器得到交流瞬时功率信号，交流瞬时功率信号经低通滤波后成为平均实际功率，经过频率转换器转换，在AD7750输出端输出与平均实际功率成一定比 例的脉冲信号F0。F0作为单片机的中断信号INT0（见图5），引起单片机中断，并进入事先编制好的中断程序对AD7750输出的F0信号进行累计，最后单片 机根据F0信号的频率，换算出实际功率值。 对于无功功率的测量，理论上是对电流移相90°,再用同样的方法，通过AD7750转换，便可得到无功功率，但电路实现较为复杂。在本电路中采用的 方法是：对电流相位保持不变，而是对电压信号移相，即通过电压传感器得到移相后的电压采样信号UAw、UBw、UCw，与对应相序的电流信号通过 AD7750完成功率转换。但此时的功率还不是实际的无功功率，实际的无功功率还需根据负荷的感性/容性特性，即通过判定负荷的感性或容性特性对功率 值进行修正，从而得到实际的无功功率。负荷的感性或容性特性可以通过电流和电压的相位关系确定，由电流电压相位检测电路来实现。 图7是电流电压相位检测电路原理图，电路由LM393双比较器和74HC74触发器两个集成电路芯片组成。被测量的电流和电压（移相后）的采样值送到 由LM393双比较器的两个输入端，由电压过零点时（由负变正）产生的信号上升沿作为触发器的触发信号（CLK），以电压过零点时的电流相位输出电平 作为触发器的输入信号（D），P10（Q）作为相位检测输出信号。当电压相位超前电流相位时，P10=0（低电平），当电压相位滞后电流相位时，P10=1（ 高电平）。电流电压相位检测电路的工作波形见图8、图9所示。相位状态信号P10被送到单片机输入接口（见图5），单片机根据P10状态，对得到的功率 值进行修正，从而得到实际的无功功率值。 AD7750芯片的CO、CI端外接电容器和石英晶体，组成频率震荡器，为AD7750芯片提供时钟脉冲源。REV端外接发光二极管，用来指示当前检测到的功 率是超前还是滞后，当功率超前时，输出高电平，点亮发光二极管。 6、单片机电路 在上述数据采集和测量电路中，单片机控制产生多路转换开关电路的芯片选择信号INH1、INH2、INH3和输出选择信号1A、1B、1C、2A、2B、2C，使 多路转换开关电路能够按需要和按顺序输出被选择的采样信号，完成相应的电流、电压和功率的测量；单片机控制产生模/数转换电路的芯片选择和使能 等信号CE、CS、R/C和AO/SC，使模/数转换电路启动，进入工作状态，完成数字化转换；单片机通过数据总线完成对电流、电压和功率测量数据的读取、 处理和存储等，可见单片机是数据采集和测量电路的核心控制部件。但是在路灯监控终端设备中，单片机不仅控制完成电参数测量，还要控制完成数据 通讯、语音通讯、开/关路灯控制、数据显示、开关量检测等大量工作，因此单片机及辅助电路相对比较复杂。目前有关单片机原理及应用方面的书籍很 多，因此这里不再赘述。
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