線性光耦HCNR201在模擬電壓測量中的應(yīng)用
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●確定if：hcnr201是電流驅(qū)動型，其led的工作電流if要求為1"40ma，芯片手冊推薦工作電流為25ma，因此，此處取if=25ma。
●確定r3/r3=vcc1/if=5/0.025=200ω，且精度為千分之一。
●確定r1：根據(jù)芯片手冊說明當5na
●確定r2：取r2=r1=100kω，且精度為千分之一。
●電容的選取：根據(jù)芯片手冊推薦，取c1=c2=0.001uf 為經(jīng)驗取值。
綜上所述，運放a1、a2為lmv321m5；r1=r2=100kω；r3=200ω；c1= c2=0.001μf。
4.3 實驗數(shù)據(jù)測量及分析
隔離電路應(yīng)用于pt100測試電路中，隔離前端輸入經(jīng)pt100電路測量后輸入的電壓值。隔離前、后電壓值由校驗儀ca71測得，并通過matlab繪出對比圖形。部分測量數(shù)據(jù)見附表，matlab繪制圖形如圖4所示。
附表 實驗數(shù)據(jù)
圖4 matlab繪制曲線圖
圖4中直線為理想結(jié)果，虛線為實際結(jié)果。
通過實驗測量數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：線性光耦隔離電路有很好的穩(wěn)定性和線性，且輸入電壓為1.5v到2v之間時傳輸精度效果最佳。需要明確，采用線性光耦隔離電路進行隔離必定會導(dǎo)致模擬電壓的傳輸產(chǎn)生一定的誤差，若測量電路對電壓精度要求不高，使用線性光耦進行隔離可以達到非常好的效果，然而，對于pt100測溫電路而言，在200℃時，電壓誤差在0.1"0.2v，這樣會使得溫度測量誤差最大達到10℃左右。這樣的誤差對于pt100測溫是不允許的，在這種對傳輸精度要求很高的電路里，提高精度的行之有效的解決辦法就是通過單片機軟件處理對數(shù)據(jù)進行誤差修正。
5 軟件修正提高精度
由實驗可知，采用隔離電路進行隔離必定會使模擬電壓傳輸產(chǎn)生一定的誤差，但線性光耦的特性決定了其輸出具有很好的線性度，可以利用這點通過單片機軟件進行誤差的修正。
修正方法：針對隔離電路應(yīng)用的場合明確隔離電壓的范圍，然后向隔離電路提供隔離電壓的兩個值，定義這兩個極值為修正值，并通過單片機讀出采集到的修正值的實測量值，通過輸入值和實測值之間的差值，就可以通過修正算法，求出任意測量值實際對應(yīng)的輸入值。
圖5 坐標系示意圖
5.1 修正算法
設(shè)x軸上各點為單片機實際測得數(shù)值，直線l上各點為線性光耦前輸入值。設(shè)直線l上 a，b兩點為修正值，其對應(yīng)于x軸的a1、b1為單片機實際測量值，則可計算出a點和b點的誤差分別為a=a-a1，b=b-b1，c1為單片機采集到任意值，若能求得誤差c的值，通過修正計算c1+c即為c1的理想值c。
針對pt100測溫電路的具體做法：測溫范圍為-50℃"200℃，選取兩個基準點如0℃和150℃，通過校驗儀ca71向測溫電路輸入0℃和150℃，分別測量這兩個點的測量值并計算實際測量值與理想值間的偏差。在實際測量中通過修正算法利用這兩個偏差通過公式算出其它各點的偏差值，再對實際測量值進行修正。實驗證明進行修正后溫度誤差可以精確到1"2℃以內(nèi)。
5.2 注意事項
(1) 測量數(shù)據(jù)采用中值濾波法進行處理。
為了提高測量精度，采用數(shù)字濾波技術(shù)的中值濾波法對測量數(shù)據(jù)進行處理。即每次采集n個值，去除其中的最大值和最小值而取剩余的n-2個數(shù)值的平均值，這樣可防止受到突發(fā)性脈沖干擾的數(shù)據(jù)進入。
(2) 實驗中發(fā)現(xiàn)線性光耦隔離電路會隨著上電時間的持續(xù)出現(xiàn)隔離后的電壓毫伏級的減低的情況。大約30分鐘后趨于穩(wěn)定。因此，將電路上電運行一段時間后再進行校準，精度更高。
6 結(jié)束語
本文分析了線性光耦hcnr201進行模擬電壓電氣隔離的基本原理和隔離電路，并給出了行之有效的軟件算法來提高測量電路精度。實驗表明隔離電路通過修正后精度非常高，非常適合應(yīng)用于對模擬電壓精度要求很高的檢測系統(tǒng)。
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