一、电流互感器总体设计

(资料图片)

选用外径100mm,内径50mm, 高度43mm的硅钢片芯作为互感线圈。线圈的匝数为60圈。通过在铁圈上缠绕绝缘漆为防止导电来回缠绕2层，边界部分多缠绕一圈防止铜丝磨损。之后在铁芯上均匀缠绕60圈铜线，再在外部缠上绝缘胶带固定铜线，构成简易电流互感器。

设计模拟信号处理的前置处理电路。首先把电流信号转换成电压信号，以便于单片机信号采集。之后进行信号调理，使用集成放大电路把双极性的交流信号转换成单极性电压范围在0-5V范围内的直流信号供单片机端接收数据。

在单片机最小系统的基础上，编制单片机控制电流采集程序。要求每间隔200微秒采集一次电流，然后利用串口数据通信送给电脑。使用定时器做232串行通信的波特率发生器，根据确定的串行通信波特率计算好定时时间，编制串口数据通信收发程序。最后在电脑端读取记录数据。如图1所示：

二、前置放大信号调理电路设计

在本次设计的前期资料收集阶段过程中发现[3-8]，实现电流输入放大器及信号调理功能的主要有两种电路处理模式。一种是利用输入电阻将电流变换为电压后再进行放大和信号处理。另一种是利用负反馈降低输入阻抗，实现纯粹的电流输入前置放大器。

本次设计选用LM358双运算放大器，LM358是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

方案一：方案一电路图如图2所示。电路第一部分将互感器的电流信号转化为电压信号，经过电阻后放大成一个5V的电压信号作为输出。该信号输入到第二部分电路中，经过一个简单的整流电路，将最终处理好的信号传递给单片机端。

在Multisim中对方案一中的电路进行仿真，得到的输出端信号如图3所示。信号满足设计要求。

方案二：方案二电路图如图5所示。同样，第一部分将电流互感器感应到的电流信号转化为电压信号。经过电阻后放大为一个5V电压信号，作为输入流入到第二部分电路中。经过Vee的电压波形下移，由输出电压公式（图4）可将下移电压波形取反，最终输出调理好的信号。

在Multisim中对方案二中的电路进行仿真，得到的输出端信号如图3-6所示。信号同样满足设计要求。

三、单片机软件程序部分

MCU程序如图6~8所示。