电子测量中的以32位MCU-HY16F198实现AC电流量测应用

一、 内容简介　　本文将介绍以HY16F198搭配Hall Sensor(WCS1800)进行交流电流数值量测，最大可量测电流范围从0.1A~17.68A。本文实验数据从0A~17.6A，比较使用电表Agilent 34401A与HY16F198透过交流信号计算出在不同频率45Hz, 50Hz, 60Hz之间所得到的交流电流最大误差率可以控制在3%以内。　　二、 原理说明　　量测原理　　透过WCS1800将感应到的交流电流转变为输出电压(Vout)，而输出电压(Vout)组成成分是包含(Vac)交流电压讯号和(Vdc)直流电压讯号混和而成的讯号，使用HY16F198量测输出电压(Vout)讯号 在电子测量领域，准确地测量交流电流是一项关键任务，尤其在电力系统监控、电源设备调试以及各类电子设备的性能测试中。本文详细介绍了利用32位微控制器（MCU）HY16F198结合霍尔传感器（Hall Sensor）WCS1800来实现AC电流的精确测量。该系统设计考虑了宽电流范围（0.1A至17.68A）的量测需求，并在实验中验证了在45Hz、50Hz和60Hz不同频率下的误差率控制在3%以内，与专业电表Agilent 34401A的测量结果进行了对比。 量测原理依赖于WCS1800霍尔传感器将交流电流转换为混合的交流（Vac）和直流（Vdc）电压信号（Vout）。HY16F198通过其内置的高精度24位ΣΔADC（模拟数字转换器）对这一混合信号进行采集，然后利用算法解析ADC计数值，从而换算出实际的交流电流值。WCS1800的输出电压与电流成正比，但存在一定的误差，每安培的最大误差为±6mV，这些细节需在实际应用中考虑。 为了确保测量的准确性，HY16F198被配置为使用3V的VDDA电压，ADC输入参考电压放大倍数设为VREF*1/2（VREF = VRPS - VRNS），允许测量1.5V的最大电压范围。然而，这不足以覆盖霍尔传感器的完整输出范围，因此需要外部的分压电阻。通过在ADC的AIO(0)与VDDA和VSS之间各串接一个10kΩ电阻，可以测量到正确的电压值，进一步通过交流信号处理计算出感应到的交流电流，并在LCD显示屏上显示。 HY16F198是一款高性能的32位Flash单片机，采用了Andes N801 32位CPU核心。其工作电压范围为2.2~3.6V，可在-40℃~85℃的温度范围内稳定工作。单片机支持多种工作频率模式，以适应不同的功耗需求。它还配备了64KB的Flash ROM用于程序存储和8KB的SRAM作为数据存储。此外，HY16F198具有BOR和WDT功能，以防止系统死机，以及24位的ΣΔADC，内置可编程增益放大器（PGA）最高可达128倍放大，内置温度传感器，以及多个定时器、串行通信接口、RTC模块、触摸按键功能模块等，使其成为复杂测量应用的理想选择。 在系统设计中，硬件部分包括MCU、LCD显示屏和分压电路。MCU负责信号采集、计算和控制，LCD显示屏实时显示电流读数，而分压电路确保了ADC能正确读取霍尔传感器的输出电压。这种设计方案不仅实现了精确的交流电流测量，而且具有良好的扩展性和灵活性，能够适应不同应用场景的需求。 利用32位MCU-HY16F198与霍尔传感器WCS1800的组合，可以构建一个高效、准确的交流电流测量系统，特别适用于需要高精度和宽电流范围测量的场合。通过细致的硬件设计和软件算法优化，能够确保在不同工况下的测量精度，满足各种电子测量应用的需求。