R5F117BC單片機在交流電壓電流檢測的應用

近年來隨著消防報警設備在各類建筑中的推廣普及，市場上對消防設備電源監控系統的需求與日俱增。在一項目中筆者就需要設計一種針對消防設備電源的監測設備，其能夠實時監測消防設備電源的運行狀態，判斷消防設備電源是否出現供電中斷、欠壓、過壓和過流等故障。

工作原理

消防設備電源來自于電網220V工頻交流電。常用交流電壓和電流互感器來實現消防設備電源中單相或三相交流電源的實時監控和采集。交流電源電壓和電流的檢測原理，就是通過電壓互感器和電流互感器將交流電源的高壓高電流轉換成單片機可以檢測處理的低電壓。根據實際應用需求，交流電壓檢測范圍為AC200V-AC400V，交流電流檢測范圍為AC0.5A-AC5A。

如圖1所示，電源的交變電壓信號通過串聯限流電阻輸入電流型電壓互感器的一次側繞組，經互感器二次側輸出，輸出匹配電阻將輸出的電流信號轉換為電壓信號，送單片機采樣處理。串聯電路選用了5個49.9KΩ電阻，當輸入電壓分別為220V時和380V時，電流分別為0.88mA和1.5mA，滿足互感器2mA的線性變換范圍。

如圖2所示，交流電源的電流信號直接接入電流互感器一次側繞組，感應電流經互感器的二次側輸出，輸出匹配電阻將電流信號轉換為電壓信號，在經過運放放大后，送單片機采樣處理。

器件選型

對于三相交流電源，根據電路的檢測原理，在硬件上需要具有3路ADC和3路運算放大器分別實現電壓和電流的檢測。針對電路需求，筆者選用了瑞薩RL78/I1D系列中的R5F117BC單片機作為主控制芯片。該芯片內部有12路AD轉換通道和4路運算放大器，在引腳功能上集成在一起(每路運放3個引腳，4路運放正好集成12路AD)，因此滿足筆者的監測電路的設計需求。

在電路的管腳分配上，將運放amp0集成的3個AD通道分別用于與三相電源對應的三路電壓互感器輸出信號的模數轉換;將運放amp1，amp2，amp3用于三路互感器電流信號的放大和模數轉換(芯片內部已經將運放輸出與相應的AD轉換通道相連)，系統連接如圖3所示。

總結

瑞薩R5F117BC單片機內部具有豐富的模數轉換通道和多路運算放大器，非常適合需要對多路模擬信號進行轉換和放大處理的應用場合。其模擬外設的高度集成性，使用戶省去了外加運放和AD轉換器的煩惱。當系統設計方案對整體功耗、線路板尺寸、BOM成本等方面有較高要求時，該芯片是一個較好的選擇。事實上，瑞薩RL78/I1D系列中的多款單片機芯片都是為多路信號處理而設計的，用戶可以根據自身需要選擇性價比適合的單片機。