3  硬件系统的设计

3。1  直流高压电源模块的设计

电桥法测电缆故障时因为要保证流过电缆电桥的电流不能太小，而且系统中各种器件所需的电流均是直流电，所以需要一个高压直流电源[4]，本设计利用1000V电网电压作为电压源如图3。1，再利用一个耐压1。2kv限流1A的整流桥B500C1000对1000V，50Hz的电网电压进行全桥整流和LC滤波便可得到幅值约为999。4V的直流电源，满足系统对电源的要求。

图3。1  电源电路

3。2  放大电路模块的设计

本设计采用LM358组成放大电路如图3。2所示。LM358的功耗小，价格便宜。而且它的耐压值很高。是一个高增益低漂移运算放大器。它最大耐压值可达±16V，输入失调电压漂移仅有7μv/℃。由于电桥经过差分放大器放大后直接送至A/D转换器时其信号仍太小，精度太低。所以必需经过二次放大才能满足A/D转换器的要求，经计算后可以发现对信号大6倍后满足A/D转换器分辨率的要求。

3。3  绝对值电路的设计

本课题所用的A/D转换器为TLC549，参考电压上限的输入范围为 2。5V~Vcc+0。1。参考电压下限的输入电压范围为-0。1V~2。5V，并且要求正负参考电压间要有1v的差距。Vcc的范围为3~6V。所以它所能识别的最小电压仅为-0。1v，而经过二次放大后的电压信号远小于-0。1v，所以需要设计一个绝对值电路使得A/D转换器能识别电压信号。绝对值电路图如图3。3所示，下图是用两个LM358组成的绝对值电路，如果正电压从2管脚进入则出来为负电压，后经过6管脚出来为正。从5管脚进入的电压与3管脚相同为正，所以出来的总电压为正。如果负电压从2管脚进入则出来为正，后经过二极管向下进入5管脚，进入6管脚的电压则与2管脚相同，同为负，所以出来的总电压还是为正。

图3。2  放大器电路

3。4  A/D转换模块的设计

本设计采用TLC549作为A/D转换器如图3。4。TLC549是TI公司生产的一种价格便宜，性能好的拥有8位分别率的串行A/D转换器。它以电容逐次逼近的方法实现A/D转换。只需要三根线便能与各种微处理器相连接，构成各种廉价的测控器。TLC549具有连线容易，时序易看懂，转换时间短，功耗低，价格便宜等特点。本课题中TLC549的CLK时钟管脚、CS片选管脚、DATAOUT数据输出管脚三个管脚和单片机分别连接在一起。TLC549自带4MHz系统时钟，转换时间不超过17μs。它的转换速率很快，最大可达4000次/秒。总失调误差不是很大，最大也只有±0。5LSB。最大也只有±0。5LSB。器件在工作时的功耗很小仅为16Mw。使用5v的基准电压时，A/D转换器的转换的分辨率5/（28）=0。0195V，对电桥输出信号采样的分辨率达0。0195/7=2。79mv。由于本课题所需A/D转换器不需要很高精度，所以采用8位的TLC549作为A/D转换器即可。TLC549的1。3 管脚为参考电压管脚，2管脚为模拟型号输入管脚。AIN管脚所文献综述

图3。3  绝对值电路

接收的电压范围为0~Vcc。当输入电压大于参考电压的上限电压时时，转换结果为全“1” 。输入电压小于参考电压的下限电压时，转换结果为全“0”。5管脚是片选管脚，低电平有效。6管脚为数据输出端。7管脚则是时钟接口。

图3。4  TLC549

3。5  单片机模块的设计

3。5。1  单片机性能

单片机模块采用型号为AT89C51的单片机控制MAX5481数字电位器以实现对电桥的控制。AT89C51（如图3。5）是一个性能优良，所需电压不高的单片机。它是一种八位CMOS微处理器。AT89C51单片机性价比高，有很多种功能，可灵活用于多种领域。51单片机芯片一般有40个引脚。其中VCC端用于接供电电源，GND口用于接地。输入输出引脚有P0口,P1口,P2口,P3口。P0口可以作为数据的输入输出通道，也可以做为低8位地址输出端。因为P0口内部是没来,自.优;尔:论[文|网www.youerw.com +QQ752018766- 电桥法电力电缆绝缘在线监测系统设计+电路图+程序(4):http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_99990.html