基于单片机的霍尔电流检测装置硬件开发

绪论

电流检测有多种方法，最通用的方法是采用阻性分流器、互感器或霍尔传感器。阻性分流器工作时与负载串联，无法进行隔离测量；互感器只适用于50 Hz工频交流的测量；霍尔检测技术综合了互感器和分流器技术的所有优点，同时又克服了互感器和分流器的不足，采用一只霍尔电流电压传感器／变送器模块检测元件，既可以检测交流，也可以检测直流，甚至可以检测瞬态峰值，同时又能实现主电路回路和电子控制电路的隔离，因而是替代互感器和分流器的新一代产品。

基于霍尔传感器的电流检测系统以AT89C51单片机为核心，应用霍尔传感器技术，实现对被检测电路电流的测量。检测系统硬件电路包括电源电路、单片机电路、数据采集电路、数码显示电路、电流检测电路，系统硬件框图如图1所示。

图1 系统硬件框图

第一章硬件原理图的设计

1.1电源电路

图2 电源模块

如图2所示.系统的供电电源由220V-9V变压器提供.考虑到变压器体积比较大,且220V属于较高电压,容易影响板子芯片的正常

工作.我们选择变压器独立外接的处理办法.

变压器二次侧的输出电压为交流9V电源,经过整流桥得到脉动的直流电源,经过滤波电容,稳压管78L05,以及二次滤波电容的

处,得到符合系统要求的+5v电源，为装置各部分电路供电，保证

各装置的正常工作。

1.2电流检测电路

选用ACS712作为电流检测传感器.ACS7i2是Allegro公司新推出的一种线性电流传感器，该器件内置有精确的低偏置的线性霍尔传感器电路，能输出与检测的交流或直流电流成比例的电压。具有低噪声，响应时间快(对应步进输入电流，输出上升时间为5 S)，50千赫带宽，总输出误差最大为4％，高输出灵敏度(66mV／A～185 mV／A)，使用方便、性价比高、绝缘电压高等特点，主要应用于电动机控制、载荷检测和管理、开关式电源和过电流故障保护等，特别是那些要求电气绝缘却未使用光电绝缘器或其它昂贵绝缘技术的应用中。

1.2.1 引脚描述

ACS712采用小型的SOIC 8 封装，其引脚分布如图3所示，采用单电源5V供电。各引脚的功能介绍如表l所示，其中引脚1和2、3和4均内置有保险，为待测电流的两个输入端，当检测直流电流时，l和2、3和4分别为待测电流的输入端和输出端。

表1 ACS712各引脚功能描述

引脚名称功能描述

1和 2 IP+ 被测电流流输入或输出3和4 IP- 被测电流流输入或输出

5 GND 信号地

6 FILTER 外接电容

7 VIOUT 模拟电压输出

8 VCC 电源电压

图3 ACS712引脚图

1. 2. 2 ACS712内部结构及工作原理

图4 ACS71 2的工作原理图

ACS71 2的工作原理如图4所示，该器件主要由靠近芯片表面的铜制的电流通路和精确的低偏置线性霍尔传感器电路等组成。被测电流流经的通路(引脚l和2，3和4之间的电路)的内电阻通常是1．2m欧姆，具有较低的功耗。被测电流通路与传感器引脚(引脚5～8)的绝缘电压>2．1kVRMS，几乎是绝缘的。流经铜制电流通路的电流所产生的磁场，能够被片内的霍尔IC感应并将其转化为成比例的电压。通过将磁性信号尽量靠近霍尔传感器来实现器件精确度的最优化。精确的成比例的输出电压由稳定斩波型低偏置BiCMOS霍尔集成电路提供，该集成电路在出厂时已进行了精确的编程。稳定斩波技术是一种新技术，它给片内

的霍尔元器件和放大器提供最小的偏置电压，该技术几乎可以消除芯片由于温度所产生的输出漂移。

ACS712内含一个电阻RF(INT)i[I-个缓冲放大器，用户可以通过FITER引脚(第6脚)外接一个容CF与RF(INT)组成一个简单的外接RC低通滤波器，由于内部缓冲放大器能消除因芯片内部电阻和接口负载分压所造成的输出衰减，所以外接的RC低通滤波器不会影响信号的衰减，且可进一步降低输出噪音并改善低电流精确度。此外，ACS71 2的响应时间比一般的器件缩短了两倍以上，非常适合保护及高速应用。

特性曲线与典型应用

表2 ACS712的特性曲线

上表为ACS712 3OA 输出电压与检测电流关系的特性曲线，在检测范围±30A内，传感器的输出电压和检测电流成正比，几乎不受温度的影响。

1. 2. 3 ACS712在原理图中的运用

图5 ACS712在原理图中的运用

如图5所示，被测电流通过ACS712芯片时，该芯片利用霍尔效应，将被测电流转换成0~5V DC模拟信号。

1.3 数据采集电路

由于AT89C51片内没有A／D转换，根据系统设计要求，需要在片外扩展A／D转换接口。本设计选用ADC0804转换器.

ADC0804是属于连续渐进式（Successive Approximation Method）的A/D转换器，这类型的A/D转换器除了转换速度快（几十至几百us）、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上。

以输出8位的ADC0804动作来说明“连续渐进式A/D转换器”的转换原理，动作步骤如下表示（原则上先从左侧最高位寻找起）。

第一次寻找结果：10000000 （若假设值≤输入值，则寻找位=假设位=1）

第二次寻找结果：11000000 （若假设值≤输入值，则寻找位=假设位=1）

第三次寻找结果：11000000 （若假设值>输入值，则寻找位=该假设位=0）

第四次寻找结果：11010000 （若假设值≤输入值，则寻找位=假设位=1）

第五次寻找结果：11010000 （若假设值>输入值，则寻找位=该假设位=0）

第六次寻找结果：11010100 （若假设值≤输入值，则寻找位=假设位=1）

第七次寻找结果：11010110 （若假设值≤输入值，则寻找位=假设位=1）

第八次寻找结果：11010110 （若假设值>输入值，则寻找位=该假设位=0）

这样使用二分法的寻找方式，8位的A/D转换器只要8次寻找，就能完成转换的动作，其中的输入值代表的是模拟输入电压Vin +.