專利名稱：交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
在家電及工業(yè)控制系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)精確控制，經(jīng)常需要檢測交流電源的電壓和零點(diǎn)。而在傳統(tǒng)的檢測電路中，檢測電壓一般通過“分壓-整流-濾波-A/D轉(zhuǎn)換”幾個(gè)步驟；檢測零點(diǎn)一般通過對(duì)交流電源“限壓/限流-整形-檢測波形邊沿”來實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)電路存在以下幾個(gè)缺點(diǎn):電壓檢測實(shí)時(shí)性差。需要電壓檢測和過零檢測兩個(gè)獨(dú)立的電路單元，電路復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置及方法，旨在實(shí)現(xiàn)精確檢測交流電電壓的同時(shí)檢測過零點(diǎn)，并提高電壓檢測實(shí)時(shí)性。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置，所述交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置包括第一偵測模塊、第二偵測模塊、控制模塊、采樣模塊及處理模塊；其中，第一偵測模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測輸入交流電的電壓信號(hào)并獲取輸入交流電的周期；第二偵測模塊，用于根據(jù)周期定時(shí)偵測輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波或負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)；控制模塊，用于當(dāng)所述交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波時(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的負(fù)半波疊加一個(gè)高電平；當(dāng)所述交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩〞r(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平；采樣模塊，用于對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行AD采樣；處理模塊，用于根據(jù)AD采樣到的交流電壓進(jìn)行電壓值計(jì)算。優(yōu)選地，還包括:第一供電電源、第一電阻、第二電阻、第一二極管、第二二極管及第一電容；所述第一電阻的一端與被測電壓端連接，用于輸入被測交流電壓，另一端與米樣模塊的輸入端連接且與第一偵測模塊的檢測端連接；所述第二電阻的一端與第一電阻和采樣模塊的連接節(jié)點(diǎn)連接，另一端與控制模塊的控制端連接；所述第一二極管的陰極與第一供電電源連接，陽極與第一電阻和采樣模塊的連接節(jié)點(diǎn)連接；所述第二二極管的陰極與第一二極管的陽極連接，陽極接地；所述第一電容的一端與第一二極管和第二二極管的連接節(jié)點(diǎn)連接，另一端接地。優(yōu)選地，所述采樣模塊具體包括:采樣單元，用于對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行模擬采樣；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將采樣到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)。
優(yōu)選地，所述處理模塊具體包括:處理單元，用于將采樣到的交流電壓輸入至預(yù)先設(shè)置的電壓計(jì)算公式中進(jìn)行電壓值計(jì)算。本發(fā)明還提出一種交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測方法，所述方法包括以下步驟:實(shí)時(shí)監(jiān)測輸入交流電的電壓信號(hào)并獲取輸入交流電的周期；根據(jù)周期定時(shí)偵測輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波或負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零
占.
當(dāng)所述交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波時(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的負(fù)半波疊加一個(gè)高電平；當(dāng)所述交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩〞r(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平；對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行AD采樣；根據(jù)采樣到的交流電壓進(jìn)行電壓值計(jì)算。優(yōu)選地，所述根據(jù)周期定時(shí)偵測輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波或負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)具體包括:將所述輸入交流電進(jìn)行鉗位，轉(zhuǎn)換成高低電平；根據(jù)所述周期定時(shí)偵測鉗位后的電平的上升沿和下降沿；所述上升沿為輸入交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)，所述下降沿為交流輸入電由正半波變?yōu)樨?fù)半波的過零點(diǎn)。優(yōu)選地，所述對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行AD采樣具體包括:對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行模擬采樣；將采樣到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)。優(yōu)選地，所述根據(jù)采樣到的交流電壓進(jìn)行電壓值計(jì)算具體包括: 將采樣到的交流電壓輸入至預(yù)先設(shè)置的電壓計(jì)算公式中進(jìn)行電壓值計(jì)算。本發(fā)明通過實(shí)時(shí)監(jiān)測輸入交流的電壓信號(hào)并獲取輸入交流電的周期；根據(jù)周期定時(shí)偵測輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波或負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)；當(dāng)所述交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波時(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的負(fù)半波疊加一個(gè)高電平；當(dāng)所述交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩〞r(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平；對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行AD采樣；根據(jù)采樣到的交流電壓進(jìn)行電壓值計(jì)算。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)精確檢測交流電電壓的同時(shí)檢測過零點(diǎn)，并提高了電壓檢測的實(shí)時(shí)性。


圖1是本發(fā)明交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置另一實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1與圖2中采樣模塊的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是圖1與圖2中處理模塊的結(jié)構(gòu)框圖；圖5是本發(fā)明交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置一實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的頻率檢測波形圖；圖6是本發(fā)明交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置一實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的電壓和零點(diǎn)波形圖；圖7是本發(fā)明交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測方法一實(shí)施例的流程示意圖8是本發(fā)明交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測方法另一實(shí)施例的流程示意圖。本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合說明書附圖及具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。參照?qǐng)D1、圖2、圖3及圖4。圖1是本發(fā)明交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置另一實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1與圖2中采樣模塊的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是圖1與圖2中處理模塊的結(jié)構(gòu)框圖；如圖1、圖2、圖3及圖4所示，本發(fā)明提出一種交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置，所述交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置包括第一偵測模塊10、第二偵測模塊20、控制模塊30、采樣模塊40及處理模塊50 ;其中，第一偵測模塊10，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測輸入交流電的電壓信號(hào)并獲取輸入交流電的周期；本實(shí)施例中首先對(duì)輸入交流電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在監(jiān)測的過程中進(jìn)一步檢測輸入交流電壓的頻率和周期并獲取。第二偵測模塊20，用于根據(jù)周期定時(shí)偵測輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波或負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)；本實(shí)施例中，根據(jù)檢測到的周期設(shè)置適當(dāng)?shù)臅r(shí)間來定時(shí)偵測交流電的過零點(diǎn)，該過零點(diǎn)包括由正半波變?yōu)樨?fù)半波時(shí)的過零點(diǎn)，以及由負(fù)半波變?yōu)檎氩〞r(shí)的過零點(diǎn)。具體地，首先對(duì)輸入交流電進(jìn)行鉗位，使之轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)。當(dāng)輸入交流電為正半波時(shí)，鉗位后得到高電平信號(hào)；當(dāng)輸入交流電為負(fù)半波時(shí)，鉗位后得到低電平信號(hào)。根據(jù)周期設(shè)置偵測輸入交流電在鉗位后形成的電平狀態(tài)的時(shí)間，當(dāng)偵測到輸入交流電在鉗位后的電平出現(xiàn)下降沿(由高電平變?yōu)榈碗娖?時(shí)，則判定此時(shí)為輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波的過零點(diǎn)；當(dāng)偵測到輸入交流電在鉗位后的電平出現(xiàn)上升沿(由低電平變?yōu)楦唠娖?時(shí)，則判定此時(shí)為輸入交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)?？刂颇K30，用于當(dāng)所述交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波時(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的負(fù)半波疊加一個(gè)高電平；當(dāng)所述交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩〞r(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平；本實(shí)施例中，當(dāng)輸入交流電在鉗位后的電平出現(xiàn)下降沿時(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的負(fù)半波疊加一個(gè)高電平，當(dāng)輸入交流電在鉗位后的電平出現(xiàn)上升沿時(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平，這樣為能夠?qū)崟r(shí)采樣到有效電壓做準(zhǔn)備。其中，預(yù)設(shè)的時(shí)間段一般設(shè)置為小于半個(gè)交流電周期的時(shí)間，以防止交流電由負(fù)半波向正半波轉(zhuǎn)變時(shí)一直被疊加高電平或者交流電由正半波向負(fù)半波轉(zhuǎn)變時(shí)一直被疊加低電平，從而影響過零點(diǎn)信號(hào)的檢測；當(dāng)預(yù)置時(shí)間結(jié)束，撤掉疊加的高低電平，使正半波或負(fù)半波被疊加高低電平的波形恢復(fù)，并當(dāng)偵測到輸入交流電在鉗位后的電平出現(xiàn)下降沿或上升沿的觸發(fā)時(shí)，獲取下降沿或上升沿觸發(fā)時(shí)的過零點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)過零點(diǎn)的精確檢測。應(yīng)當(dāng)說明的是，當(dāng)檢測到過零點(diǎn)信號(hào)處于下降沿時(shí)，處于負(fù)半波時(shí)的電壓為負(fù)，不利于采樣，通過對(duì)交流電的負(fù)半波疊加一個(gè)高電平，使之能夠檢測到交流電處于負(fù)半波時(shí)的電壓；當(dāng)檢測到過零點(diǎn)信號(hào)處于上升沿時(shí)，為防止電平過高，不利于采樣，所以通過對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平來拉低正半波的電位，使之能夠檢測到交流電處于正半波時(shí)的電壓。采樣模塊40，用于對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行AD采樣；本實(shí)施例中，根據(jù)相位的不同，由AD采樣口對(duì)疊加不同電平后的交流電的正負(fù)半波進(jìn)行AD采樣，這樣采樣到的模擬信號(hào)可直接轉(zhuǎn)換為我們需要的數(shù)字信號(hào)，可減少電路成本。其中，由于負(fù)半波的電壓為負(fù)，不利于AD采樣，所以通過對(duì)負(fù)半波疊加高電平后可采樣到有效電壓信息；由于正半波的電位過高時(shí)，同樣不利于AD采樣，所以對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平來拉低正半波的電位，從而方便對(duì)電壓AD采樣。處理模塊50，用于根據(jù)采樣到的交流電壓進(jìn)行電壓值計(jì)算。本實(shí)施例中，通過將AD采樣到的電壓數(shù)據(jù)輸入至預(yù)先設(shè)置的電壓計(jì)算公式中進(jìn)行電壓值計(jì)算，從而得到被測輸入交流電的電壓。本發(fā)明裝置通過第一偵測模塊10實(shí)時(shí)監(jiān)測輸入交流的電壓信號(hào)并獲取輸入交流電的周期；第二偵測模塊20根據(jù)周期定時(shí)偵測輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波或負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)；控制模塊30當(dāng)交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波時(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的負(fù)半波疊加一個(gè)高電平；當(dāng)交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩〞r(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平；采樣模塊40對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行AD采樣，然后處理模塊50根據(jù)采樣到的交流電壓進(jìn)行電壓值計(jì)算。從而實(shí)現(xiàn)了在實(shí)時(shí)檢測交流電正負(fù)半波電壓的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了過零點(diǎn)的精確檢測。上述還包括:第一供電電源VCC1、第一電阻R1、第二電阻R2、第一二極管D1、第二二極管D2及第一電容Cl ;所述第一電阻Rl的一端與被監(jiān)測電壓輸入端200連接,用于輸入被測交流電壓，另一端與采樣模塊30的輸入端連接且與第一偵測模塊20的檢測端I/02連接；所述第二電阻R2的一端與第一電阻Rl和采樣模塊30的連接節(jié)點(diǎn)連接，另一端與控制模塊20的控制端1/01連接；所述第一二極管Dl的陰極與第一供電電源VCCl連接，陽極與第一電阻Rl和采樣模塊30的連接節(jié)點(diǎn)連接；所述第二二極管D2的陰極與第一二極管Dl的陽極連接，陽極接地；所述第一電容Cl的一端與第一二極管Dl和第二二極管D2的連接節(jié)點(diǎn)連接，另一端接地。本實(shí)施例中，第一電阻Rl和第二電阻R2用于對(duì)輸入的交流電壓進(jìn)行分壓，優(yōu)選為可調(diào)電阻，第一二極管Dl與第二二極管D2組成鉗位電路對(duì)輸入至C點(diǎn)的交流電壓進(jìn)行鉗位，使之轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)。當(dāng)輸入交流電為正半波時(shí)，鉗位后C點(diǎn)為高電平信號(hào)；當(dāng)輸入交流電為負(fù)半波時(shí)，鉗位后C點(diǎn)為低電平信號(hào)。第一電容Cl用于對(duì)米樣電壓信號(hào)進(jìn)行濾波。上述采樣模塊40具體包括:采樣單元401，用于對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行模擬采樣；模數(shù)轉(zhuǎn)換器402，用于將采樣到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)。本實(shí)施例中，首先對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行模擬電壓信號(hào)采樣，然后將采樣到的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成需要的數(shù)字電壓信號(hào)，再將得到的電壓數(shù)據(jù)輸入至預(yù)先設(shè)置的電壓計(jì)算公式中進(jìn)行電壓值計(jì)算，最終得到被測輸入交流電的實(shí)際電壓。上述處理模塊50具體包括:處理單元501，用于將采樣到的交流電壓輸入至預(yù)先設(shè)置的電壓計(jì)算公式中進(jìn)行電壓值計(jì)算。本實(shí)施例中，通過預(yù)先設(shè)置相應(yīng)電壓計(jì)算公式，將已知的需要的數(shù)據(jù)輸入公式，當(dāng)采樣到輸入交流電的電壓數(shù)據(jù)后，將該數(shù)據(jù)輸入至該公式中，即可以計(jì)算出被測輸入交流電的電壓。一并參照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4、圖5及圖6。圖1是本發(fā)明交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置另一實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1與圖2中采樣模塊的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是圖1與圖2中處理模塊的結(jié)構(gòu)框圖；圖5是本發(fā)明交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置一實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的頻率檢測波形圖；圖6是本發(fā)明交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置一實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的電壓和零點(diǎn)波形圖；如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5及圖6所示，本發(fā)明的電路原理具體實(shí)現(xiàn)如下:檢測并獲取交流電的頻率和周期:所述第一偵測模塊10與第二偵測模塊20共用檢測端1/02 口，其中，第一偵測模塊10通過檢測端1/02實(shí)時(shí)監(jiān)測輸入交流電的電壓信號(hào)并獲取輸入交流電的周期。具體地，第一電阻Rl的一端與被監(jiān)測電壓端100連接，A點(diǎn)位于第一電阻Rl和被監(jiān)測電壓端100之間，即輸入至A點(diǎn)的電壓為我們需要檢測的電壓，輸入至A點(diǎn)的交流電壓經(jīng)過第一電阻Rl分壓后，且通過第一二極管Dl及第二二極管D2的鉗位作用后，在C點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)和電網(wǎng)同周期，占空比為50%的方波，此時(shí)控制模塊30的控制端1/01、第一偵測模塊10的檢測端1/02及采樣模塊30的輸入端1/03都設(shè)為輸入口，控制模塊30可以通過控制端1/01或檢測端I/O 2來檢測到交流電的頻率，假設(shè)頻率為1/T，則周期為T。檢測到A點(diǎn)、B點(diǎn)及C點(diǎn)的波形如圖5所示，通過所述周期T可以設(shè)置合適的時(shí)間實(shí)現(xiàn)定時(shí)偵測輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波或負(fù)半波變?yōu)檎氩〞r(shí)的過零點(diǎn)。獲取交流電的過零點(diǎn)及電壓:第二偵測模塊10根據(jù)周期定時(shí)偵測輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波或負(fù)半波變?yōu)檎氩〞r(shí)的過零點(diǎn)，當(dāng)?shù)诙蓽y模塊20的檢測端1/02檢測到輸入交流電出現(xiàn)下降沿時(shí)，可獲取輸入交流電處于下降沿的過零點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)下降沿過零點(diǎn)的檢測。并且，當(dāng)?shù)诙蓽y模塊20的檢測端1/02檢測到輸入交流電的下降沿后，由定時(shí)程序執(zhí)行所述預(yù)置時(shí)間，在所述預(yù)置時(shí)間段內(nèi)將控制模塊30的控制端1/01置為輸出口，輸出高電平來補(bǔ)償B點(diǎn)的電位，即對(duì)交流電的負(fù)半波疊加一個(gè)高電平，疊加之后C點(diǎn)的電壓適于米樣模塊30AD米樣,此時(shí)C點(diǎn)的電壓為:Uc = Ua * R2/(R1+R2) + Ub * Rl/(R1+R2)，Ua 為電路 A 點(diǎn)的交變電壓，Ub 為控制模塊30的控制端I/O I輸出的高低電平；通過對(duì)第一電阻Rl與第二電阻R2選取適當(dāng)?shù)淖柚?，達(dá)到最佳電壓波形的目的。這樣，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流電負(fù)半波電壓的檢測。當(dāng)預(yù)置時(shí)間結(jié)束，將控制模塊30的控制端1/01置為輸入口，輸入高阻態(tài)，即撤掉對(duì)輸入交流電的負(fù)半波疊加的高電平，使負(fù)半波的波形恢復(fù)，同時(shí)把第二偵測模塊20的檢測端1/02設(shè)置為上升沿觸發(fā)中斷，等待輸入交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)的到來，當(dāng)有上升沿中斷觸發(fā)時(shí)，通過第二偵測模塊20的檢測端1/02可獲取輸入交流電處于上升沿的過零點(diǎn)。從而實(shí)現(xiàn)了在檢測交流電負(fù)半波電壓的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)過零點(diǎn)的檢測。其中，所述預(yù)置時(shí)間為根據(jù)檢測到的周期設(shè)置為t ( t < T/2 )，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)偵測輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波或者負(fù)半波變?yōu)檎氩〞r(shí)的過零點(diǎn)，并防止輸入交流電由負(fù)半波向正半波轉(zhuǎn)變時(shí)一直被疊加高電平或者輸入交流電由正半波向負(fù)半波轉(zhuǎn)變時(shí)一直被疊加低電平，從而影響過零點(diǎn)的檢測。當(dāng)?shù)诙蓽y模塊20檢測到輸入交流電的上升沿后，由定時(shí)程序執(zhí)行所述預(yù)置時(shí)間t，在所述預(yù)置時(shí)間段內(nèi)將控制模塊30的控制端1/01置為輸出口，輸出低電平至B點(diǎn)，即對(duì)輸入交流電的正半波疊加低電平，此時(shí)對(duì)交流電的正半波電壓進(jìn)行檢測，那么C點(diǎn)的電壓為:Uc = Ua * R2/(R1+R2)。這樣，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流電正半波電壓的檢測。當(dāng)預(yù)置時(shí)間t結(jié)束，將控制模塊30的控制端1/01置為輸入口，輸入高阻態(tài)，即撤掉對(duì)輸入交流電的正半波疊加的高電平，使正半波的波形恢復(fù)，同時(shí)將第二偵測模塊20的檢測端1/02設(shè)置為輸入交流電的下降沿觸發(fā)中斷，等待輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波的過零點(diǎn)的到來，當(dāng)有下降沿中斷觸發(fā)時(shí)，通過第二偵測模塊20的檢測端1/02可獲取到下降沿的過零點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)在檢測交流電正半波電壓的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)了對(duì)過零點(diǎn)的檢測。這樣，循環(huán)往復(fù)，根據(jù)周期選取合適的時(shí)間，在檢測正半波或負(fù)半波電壓后檢測過零點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)交流電壓及過零點(diǎn)的實(shí)時(shí)、精確檢測。檢測到A點(diǎn)、B點(diǎn)及C點(diǎn)的波形如圖6所示。綜上所述，交流電A點(diǎn)的電壓可以通過對(duì)C點(diǎn)電壓實(shí)時(shí)進(jìn)行AD采樣，取得C點(diǎn)的電壓Uc，通過計(jì)算處理，達(dá)到對(duì)交流電壓Ua檢測的目的。具體計(jì)算如下，在交流電的正半波時(shí)，Ua = Uc * (R1+R2)/R2;在交流電的負(fù)半波時(shí)，Ua = Uc * (Rl+R2)/R2 - Ub * R1/R2。本發(fā)明還提出一種基于上述裝置實(shí)現(xiàn)的交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測方法。參照?qǐng)D7及圖8，圖7是本發(fā)明交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測方法一實(shí)施例的流程示意圖；圖8是本發(fā)明交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測方法另一實(shí)施例的流程示意圖。本發(fā)明提出的交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測方法包括以下步驟:步驟S10、實(shí)時(shí)監(jiān)測輸入交流電的電壓信號(hào)并獲取輸入交流電的周期；本實(shí)施例中首先對(duì)輸入交流電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在監(jiān)測的過程中進(jìn)一步檢測輸入交流電壓的頻率和周期并獲取。步驟S20、根據(jù)周期定時(shí)偵測輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波或負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)；本實(shí)施例中，根據(jù)檢測到的周期設(shè)置適當(dāng)?shù)臅r(shí)間來定時(shí)偵測交流電的過零點(diǎn)，該過零點(diǎn)包括由正半波變?yōu)樨?fù)半波時(shí)的過零點(diǎn)，以及由負(fù)半波變?yōu)檎氩〞r(shí)的過零點(diǎn)。具體地，首先對(duì)輸入交流電進(jìn)行鉗位，使之轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)。當(dāng)輸入交流電為正半波時(shí)，鉗位后得到高電平信號(hào)；當(dāng)輸入交流電為負(fù)半波時(shí)，鉗位后得到低電平信號(hào)。根據(jù)周期設(shè)置偵測輸入交流電在鉗位后形成的電平狀態(tài)的時(shí)間，當(dāng)偵測到輸入交流電在鉗位后的電平出現(xiàn)下降沿(由高電平變?yōu)榈碗娖?時(shí)，則判定此時(shí)為輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波的過零點(diǎn)；當(dāng)偵測到輸入交流電在鉗位后的電平出現(xiàn)上升沿(由低電平變?yōu)楦唠娖?時(shí)，則判定此時(shí)為輸入交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)。步驟S30、用于當(dāng)所述交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波時(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的負(fù)半波疊加一個(gè)高電平；當(dāng)所述交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩〞r(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平；本實(shí)施例中，當(dāng)輸入交流電在鉗位后的電平出現(xiàn)下降沿時(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的負(fù)半波疊加一個(gè)高電平，當(dāng)輸入交流電在鉗位后的電平出現(xiàn)上升沿時(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平，這樣為能夠?qū)崟r(shí)采樣到有效電壓做準(zhǔn)備。其中，預(yù)設(shè)的時(shí)間段一般設(shè)置為小于半個(gè)交流電周期的時(shí)間，以防止交流電由負(fù)半波向正半波轉(zhuǎn)變時(shí)一直被疊加高電平或者交流電由正半波向負(fù)半波轉(zhuǎn)變時(shí)一直被疊加低電平，從而影響過零點(diǎn)信號(hào)的檢測；當(dāng)預(yù)置時(shí)間結(jié)束，撤掉疊加的高低電平，使正半波或負(fù)半波被疊加高低電平的波形恢復(fù)，并當(dāng)偵測到輸入交流電在鉗位后的電平出現(xiàn)下降沿或上升沿的觸發(fā)時(shí)，獲取下降沿或上升沿觸發(fā)時(shí)的過零點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)過零點(diǎn)的精確檢測。應(yīng)當(dāng)說明的是，當(dāng)檢測到過零點(diǎn)信號(hào)處于下降沿時(shí)，處于負(fù)半波時(shí)的電壓為負(fù)，不利于采樣，通過對(duì)交流電的負(fù)半波疊加一個(gè)高電平，使之能夠檢測到交流電處于負(fù)半波時(shí)的電壓；當(dāng)檢測到過零點(diǎn)信號(hào)處于上升沿時(shí)，為防止電平過高，不利于采樣，所以通過對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平來拉低正半波的電位，使之能夠檢測到交流電處于正半波時(shí)的電壓。步驟S40、對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行AD采樣；本實(shí)施例中，根據(jù)相位的不同，由AD采樣口對(duì)疊加不同電平后的交流電的正負(fù)半波進(jìn)行AD采樣，這樣采樣到的模擬信號(hào)可直接轉(zhuǎn)換為我們需要的數(shù)字信號(hào)，可減少電路成本。其中，由于負(fù)半波的電壓為負(fù)，不利于AD采樣，所以通過對(duì)負(fù)半波疊加高電平后可采樣到有效電壓信息；由于正半波的電位過高時(shí)，同樣不利于AD采樣，所以對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平來拉低正半波的電位，從而方便對(duì)電壓AD采樣。步驟S50、根據(jù)采樣到的交流電壓進(jìn)行電壓值計(jì)算。本實(shí)施例中，通過將AD采樣到的電壓數(shù)據(jù)輸入至預(yù)先設(shè)置的電壓計(jì)算公式中進(jìn)行電壓值計(jì)算，從而得到被測輸入交流電的電壓。本發(fā)明方法通過實(shí)時(shí)監(jiān)測輸入交流的電壓信號(hào)并獲取輸入交流電的周期，根據(jù)周期定時(shí)偵測輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波或負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)；當(dāng)所述交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波時(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的負(fù)半波疊加一個(gè)高電平；當(dāng)所述交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩〞r(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平；對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行AD采樣，然后根據(jù)采樣到的交流電壓進(jìn)行電壓值計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)了在實(shí)時(shí)檢測交流電正負(fù)半波電壓的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了過零點(diǎn)的精確檢測。上述步驟S20具體包括:將所述輸入交流電進(jìn)行鉗位，轉(zhuǎn)換成高低電平；根據(jù)所述周期定時(shí)偵測鉗位后的電平的上升沿和下降沿；所述上升沿為輸入交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)，所述下降沿為交流輸入電由正半波變?yōu)樨?fù)半波的過零點(diǎn)。本實(shí)施例中，首先對(duì)輸入交流電進(jìn)行鉗位，使之轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)。當(dāng)輸入交流電為正半波時(shí)，鉗位后得到高電平信號(hào)；當(dāng)輸入交流電為負(fù)半波時(shí)，鉗位后得到低電平信號(hào)。根據(jù)周期設(shè)置偵測輸入交流電在鉗位后形成的電平狀態(tài)的時(shí)間，當(dāng)偵測到輸入交流電在鉗位后的電平出現(xiàn)下降沿(由高電平變?yōu)榈碗娖?時(shí)，則判定此時(shí)為輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波的過零點(diǎn)；當(dāng)偵測到輸入交流電在鉗位后的電平出現(xiàn)上升沿(由低電平變?yōu)楦唠娖?時(shí)，則判定此時(shí)為輸入交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)。上述步驟S40具體包括:步驟S401、對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行模擬采樣；步驟S402、將采樣到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)。本實(shí)施例中，首先對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行模擬電壓信號(hào)采樣，然后將采樣到的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成需要的數(shù)字電壓信號(hào)，再將得到的電壓數(shù)據(jù)輸入至預(yù)先設(shè)置的電壓計(jì)算公式中進(jìn)行電壓值計(jì)算，最終得到被測輸入交流電的實(shí)際電壓。上述步驟S50具體包括:
將采樣到的交流電壓輸入至預(yù)先設(shè)置的電壓計(jì)算公式中進(jìn)行電壓值計(jì)算。本實(shí)施例中，通過預(yù)先設(shè)置相應(yīng)電壓計(jì)算公式，將已知的需要的數(shù)據(jù)輸入公式，當(dāng)采樣到輸入交流電的電壓數(shù)據(jù)后，將該數(shù)據(jù)輸入至該公式中，即可以計(jì)算出被測輸入交流電的電壓。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置，其特征在于，所述交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置包括第一偵測模塊、第二偵測模塊、控制模塊、采樣模塊及處理模塊；其中， 第一偵測模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測輸入交流電的電壓信號(hào)并獲取輸入交流電的周期；第二偵測模塊，用于根據(jù)周期定時(shí)偵測輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波或負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)； 控制模塊，用于當(dāng)所述交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波時(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的負(fù)半波疊加一個(gè)高電平；當(dāng)所述交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩〞r(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平； 采樣模塊，用于對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行AD采樣； 處理模塊，用于根據(jù)采樣到的交流電壓進(jìn)行電壓值計(jì)算。
2.如權(quán)利要求1所述的交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置，其特征在于，還包括:第一供電電源、第一電阻、第二電阻、第一二極管、第二二極管及第一電容；所述第一電阻的一端與被測電壓端連接，用于輸入被測交流電壓，另一端與采樣模塊的輸入端連接且與第一偵測模塊的檢測端連接；所述第二電阻的一端與第一電阻和采樣模塊的連接節(jié)點(diǎn)連接，另一端與控制模塊的控制端連接；所述第一二極管的陰極與第一供電電源連接，陽極與第一電阻和采樣模塊的連接節(jié)點(diǎn)連接；所述第二二極管的陰極與第一二極管的陽極連接，陽極接地；所述第一電容的一端與第一二極管和第二二極管的連接節(jié)點(diǎn)連接，另一端接地。
3.如權(quán)利要求1所述的交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置，其特征在于，所述采樣模塊具體包括: 采樣單元，用于對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行模擬采樣； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將采樣到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置，其特征在于，所述處理模塊具體包括: 處理單元，用于將采樣到的交流電壓輸入至預(yù)先設(shè)置的電壓計(jì)算公式中進(jìn)行電壓值計(jì)笪ο
5.一種交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 實(shí)時(shí)監(jiān)測輸入交流電的電壓信號(hào)并獲取輸入交流電的周期； 根據(jù)周期定時(shí)偵測輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波或負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)； 當(dāng)所述交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波時(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的負(fù)半波疊加一個(gè)高電平；當(dāng)所述交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩〞r(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平； 對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行AD采樣； 根據(jù)采樣到的交流電壓進(jìn)行電壓值計(jì)算。
6.如權(quán)利要求5所述交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測方法，其特征在于，所述根據(jù)周期定時(shí)偵測輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波或負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)具體包括: 將所述輸入交流電進(jìn)行鉗位，轉(zhuǎn)換成高低電平； 根據(jù)所述周期定時(shí)偵測鉗位后的電平的上升沿和下降沿；所述上升沿為輸入交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)，所述下降沿為交流輸入電由正半波變?yōu)樨?fù)半波的過零點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求5所述的交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測方法，其特征在于，所述對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行AD采樣具體包括: 對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行模擬采樣； 將采樣到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)。
8.如權(quán)利要求5所述的交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測方法，其特征在于，所述根據(jù)采樣到的交流電壓進(jìn)行電壓值計(jì)算具體包括: 將采樣到的交流電壓輸 入至預(yù)先設(shè)置的電壓計(jì)算公式中進(jìn)行電壓值計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明公開一種交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測裝置及方法，所述交流電電壓及其過零點(diǎn)檢測方法包括實(shí)時(shí)監(jiān)測輸入交流的電壓信號(hào)并獲取輸入交流電的周期；根據(jù)周期定時(shí)偵測輸入交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波或負(fù)半波變?yōu)檎氩ǖ倪^零點(diǎn)；當(dāng)所述交流電由正半波變?yōu)樨?fù)半波時(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的負(fù)半波疊加一個(gè)高電平；當(dāng)所述交流電由負(fù)半波變?yōu)檎氩〞r(shí)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)對(duì)交流電的正半波疊加一個(gè)低電平；對(duì)疊加電平后的交流電壓進(jìn)行AD采樣；根據(jù)采樣到的交流電壓進(jìn)行電壓值計(jì)算。本發(fā)明不僅能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)精確檢測交流電過零點(diǎn)及電壓，而且還具有設(shè)計(jì)簡單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R19/175GK103217572SQ20131011775
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者甘德喜, 蘇培濤 申請(qǐng)人:深圳和而泰智能控制股份有限公司