其实我们本来没打算展示的，因为我们没有做出谐波，比不上好多大佬，自觉作品难登大雅之堂，不过呢，是谁对自己的作品都如同看子女一样，都是有展示欲望的，所以，我们还是来了。
本作品主要完成了对频率和对电流的测量，谐波算法上我们倒是写出了程序，但是加入主要程序后总出错，最后时间不够了，就没有做出这部分，频率的测量时非常准确的，当时用电子科大的精密仪器测的时候也是如此，电流因为我们的一个小失误——没有给功率电阻加散热器，就是温度高的时候比较准确，温度低的时候，就漂移量有点大，而且是非线性的。
另外，这是我第三次参加电子设计大赛了，感觉真的很锻炼人，对人的能力和意志都是一种磨练，另外焊板子真的焊的眼睛疼hhhhhh
设计报告111.zip
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摘要 随着电力电子技术的不断发展，电力行业面临着各种以计算机为核心的新技术应用的挑战，是使得传统的电流信号检测装置难以满足行业的进一步发展要求，因此迫切需要智能化、数字化的电流信号检测装置面世。在比较各种放大电路及检测电路原理的基础上，本文提出非接触式传感、环路电流检测的方法。将信号通过功率放大电路放大驱动能力，串联一个功率电阻，以磁环线圈作为电流传感器，检测出电压信号，然后信号再经过差动放大电路，将输出的模拟电压信号送到单片机STM32中进行A/D转换、滤波、FFT等数据处理，最后能够显示出任意信号的电流峰峰值、频率及各次谐波分量的电流幅值和频率，经测量其电流精度优于5%；频率精度优于1%。 关键词：电流检测；磁环线圈；STM32；FFT
电流信号检测装置（A题） 【本科组】 1、系统方案1.1方案的比较与选择实验方案选择 1.1.1 功率放大电路模块选择 方案一：采用LM1875功率放大电路 LM1875的输出功率最大是30W，谐波失真是0.07，频带宽度是10-100K（+/-3dB），工作结温Tj=+150。 Tj=Ta+( R*PD ) Ta：封装的环境温度(ºC)；R：P-N结至环境的热阻 (ºC/W)；PD：封装的功耗 (W)。 方案二：采用OPA544功率放大电路 OPA544是一种高电压高电流的放大器，适用于很多大电流交流驱动装置。 综合以上两种方案，选择方案二。
1.1.2 MCU主控模块选择 方案一：以STM32F103单片机作为主控制系统 电压、电流的采集是整个系统的核心部分，关系到整个系统的测量精度，系统否到达额定的指标。本电源电压输出能力为0到30V，电流输出能力为0-3A，电压最小步进值为10mV，电流最小步进值为1mA。满足此测量要求时，需要AD精度大于30000/10=3000，故AD的采样位数应大于12bit。为降低成本，系统在单片机选型时采用内置3个12bit、18通道AD的STM32F103单片机。 方案二：以STC12C5A60S2单片机作为主控制系统 STC12C5A60S2是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。但相对STM32单片机来说，仍需加D/A转换电路，且采集相对较慢。 综合考虑采用方案一。
1.1.3 ADC模块的设计与选择 方案一：采用ADC芯片搭建模数转换电路。 可选取合适的ADC芯片，采用经典模块电路搭建。 方案二：直接利用STM32片上的12位高速ADC模块。 本系统选用的核心板STM32F103上，自带3个12位模数转换器，且转换时间可达1us，多达21个输入通道。 由于单片机上的ADC已可以达到实验采样要求，故我们选用方案二作为ADC模块的设计方法，可减少外部电路的焊接。 1.2方案描述 经过论证，本次实验采用OPA544芯片作为功率放大，来增强驱动能力，通过线圈感应交流电信号，将信号进行差分放大，并由STM32单片机检测所需检测的电压，进而通过软件得出电流的峰峰值以及频率，实现比赛所要求的各项目的。
2、理论分析与计算2.1 电流测量方法 用漆包线在磁环上绕制线圈，制作电流传感器；如下图为一个简单的1：N的电流变压器，变压器的次级线圈有一个负载电流Rs。
图1 线圈等效原理图
通过负载电阻的电流is会产生磁通量与待测电阻ic产生的磁通量相互作用。因此线圈中产生的电感满足如下关系：
式中A是变压器磁芯的截面积。对上式积分：
上式中Lm为磁感应系数，Cw是线圈等效电容，线圈等效电容的大小决定测量带宽。 电流变压器测量最大的优势是输出电压与待测电流成正比例关系；同时带测量线圈的位置变换对测量精度的影响得到了抑制。测量的输出信号可以无需放大器放大而直接使用模数变换器采样。这种测量方法提供了带测量电路与测量电路之间的电气隔离。
2.2 谐波分量测量方法 基于傅立叶变换的谐波测量是当今应用最多也是最广泛的一种方法。它由离散傅立叶变换过渡到快速傅立叶变换的基本原理构成。使用此方法测量谐波，精度较高，功能较多，使用方便。其缺点是需要一定时间的电流值，且需进行2次变换，计算量大，计算时间长，从而使得检测时间较长，检测结果实时性较差。而且在采样过程中，当信号频率和采样频率不一致时，使用该方法会产生频谱泄漏效应和栅栏效应，使计算出的信号参数(即频率、幅值和相位)不准确，尤其是相位的误差很大，无法满足测量精度的要求，因此必须对算法进行改进。
式中T0为信号周期；Ts为采样周期；fs为采样频率；f0为信号频率；L为正整数。
3、电路与程序设计3.1 电路设计 （1）系统总体框图
图2 系统框图
（2）电源滤波电路
图3 电源滤波电路原理图
（3）功率放大电路原理图
图4 功率放大电路原理图
（4）电流检测分析电路原理图
图5 电流检测分析电路原理图
3.2、程序的设计 3.2.1 程序功能描述与设计思路 根据题目要求软件部分主要实现电流的峰峰值和频率计算并显示。 （1）频率计算： （2）峰峰值计算：
3.2.2 程序流程图
图6 程序流程图
4、测试方案与测试结果
详见附件
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