檢查交流線路頻率和電壓的長(zhǎng)期變化。這是一個(gè)建設(shè)線路電壓頻率監(jiān)測(cè)儀的項(xiàng)目。它不是一個(gè)完整的儀器，而是一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)量適配器，旨在嵌入到帶有 PC 或微控制器的某些測(cè)量系統(tǒng)中。

　　圖1顯示了內(nèi)置線路電壓頻率監(jiān)測(cè)器的原理圖。它不需要任何外部電源，因?yàn)樗杀粶y(cè)交流線路供電。測(cè)量電路僅消耗幾毫安的電流，因此電源由電抗降壓器（又名電容電源）組成，通常用于低功率應(yīng)用。電抗降壓器是一種并聯(lián)穩(wěn)壓器，其不使用電阻而是使用電抗作為降壓器元件。它可以降低電壓，而降壓器元件不會(huì)損失能量。
　　原理圖中的 C1 是降壓電容器，選擇其電容來設(shè)置高于負(fù)載電流的電流（由 Vin/Xc 確定）。D1和D2用于半波整流，典型情況下不是全波整流，因?yàn)樗枰獙⒌仉娢还潭ǖ浇涣骶€路上以進(jìn)行電壓測(cè)量。半波整流所需的降壓電容值是全波整流的兩倍。齊納二極管D1是一個(gè)并聯(lián)元件，用于限制輸出電壓，超過的電流通過齊納二極管旁路。R1是保護(hù)電阻，限制開機(jī)時(shí)的浪涌電流。如果輸入斷開時(shí)沒有放電路徑，則需要對(duì)C1進(jìn)行高電阻放電，以免觸電。
　　U2 是 Microchip ATtiny45 微控制器。輸入電壓經(jīng)過電阻分壓后輸入到 ADC，無需緩沖放大器。這不會(huì)成為問題，因?yàn)楦鶕?jù)戴維南定理，源阻抗約為 2.5 kΩ。為了消除校準(zhǔn)，參考電壓（LDO）和分壓器（Ra/Rb/Rc）均采用1%高精度元件。　　測(cè)量數(shù)據(jù)以恒定間隔作為串行數(shù)據(jù)傳輸。串行接口通過光隔離器 U3 進(jìn)行隔離，以便使用非隔離電源。當(dāng)目標(biāo)是微控制器時(shí)，使用幾 kΩ 的上拉電阻將光隔離器輸出連接到 UART RXD。

　　輸入波形以 9.6 ksps 采樣。由于ATtiny45 中沒有UART，因此確定了采樣頻率的值，從而確定了軟件實(shí)現(xiàn)串行傳輸?shù)臅r(shí)序。
　　頻率測(cè)量
　　在每次 AD 值過零時(shí)，都會(huì)在觸發(fā)器中測(cè)量交流線路頻率。交流線路頻率的變化范圍通常為標(biāo)稱值±200 mHz，并且至少需要以幾mHz的分辨率進(jìn)行測(cè)量。直接計(jì)數(shù)法頻率測(cè)量的分辨率為1/Tg Hz，其中Tg為觸發(fā)計(jì)數(shù)的門控時(shí)間。當(dāng)以 5 秒為間隔測(cè)量頻率時(shí)，分辨率變?yōu)?200 mHz。這根本不夠。
　　對(duì)于低頻測(cè)量，通常采用倒數(shù)法。它測(cè)量觸發(fā)周期時(shí)間T ，然后通過f = 1/T計(jì)算頻率。倒數(shù)法的頻率分辨率為t/T? Hz，其中t是周期時(shí)間T的時(shí)間分辨率。在此項(xiàng)目中，t為 1/9.6k，輸入頻率為 50 Hz 時(shí)分辨率變?yōu)?200 mHz。這仍然不夠。然而，倒數(shù)方法的實(shí)際實(shí)現(xiàn)測(cè)量周期數(shù)ncyc作為輸入頻率，分辨率變?yōu)閠/T?/ncyc赫茲。在這個(gè)項(xiàng)目中，以5秒的間隔進(jìn)行測(cè)量，分辨率在50Hz時(shí)約為1mHz，在60Hz時(shí)約為1.25mHz。
　　電壓測(cè)量
　　電壓通過“均方根”獲得，用于真正的 RMS 測(cè)量。片上ADC的分辨率僅為10位，理論分辨率為400 mV。然而，100 mV 的分辨率是通過意義處理和輸入噪聲引起的抖動(dòng)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。