本计划以LPC2103为中心规划的三相电信号数据收集体系，选用霍尔传感器精确、安全的获取电压电流信号，数据的存储选用SD卡存储方法和串口发送数据至上位机存储形式两种法相结合，增加了数据收集体系的运用灵活性，并给出了具体的软、硬件开发进程。经过测验软件的标定换算，数据收集的成果是精确并有用的，然后验证了计划中所规划的三相电信号数据收集体系可以为进行依据电机拖动的液压动力体系作业状况监测研讨奠定杰出的数据渠道。
0 导言
依据三相异步电机驱动的液压设备凭仗其作业中的许多长处在生产实践中得到广泛运用，针对液压体系安全安稳的作业而展开的研讨也越来越多。各种可以反响此类设备作业状况的特征信号中，电机的三相电信号可以充沛的反响其液压毛病和电机毛病［1］，且三相电信号具有安稳、不易受搅扰的特色。因而，依据运用的需求，开发具有高便携性和实用性的三相电信号数据收集体系，完结对液压设备作业中三相电信号实时精确的收集、存储等功能，对完结依据电机驱动的液压设备状况监测以及毛病诊断等作业都是十分重要和有意义的。
1 体系的硬件开发
依据三相电信号数据收集体系的运用环境，本文开发的数采体系硬件部分由模拟信号获取、调度单元，数据收集与处理单元和数据存储数据通讯四大模块组成。体系的原理如图1所示。
1.1 主控芯片单元
主控芯片是整个数据收集体系的中心部分。依据运用的规划需求，在挑选主控芯片时，首要有以下方面：
（1）体积小且具有丰厚的内部资源，以削减外部扩展，减小数据收集体系硬件模块的体积；
（2）具有较高的运算速率，进步实时数据的精确度；
（3）低功耗、高性价比。
归纳上述问题本规划挑选以LPC2103为主控芯片，最小体系如图2所示。
LPC2103选用外部晶振，由CX1、CX2和11.0592MHz的晶振组成，之后将经过内部PLL，4倍频提供给芯片内部作业时钟。CX3，CX4和Y2为实时时钟晶振部分［2-3］。
1.2 信号获取单元
本规划开发的数采体系，信号的获取包含三相电压和三相电流两部分，依据这两种信号的特色进行了相关硬件规划。
1.2.1 三相电压获取
驱动液压设备的三相异步电机的其额外作业电压大都为380 V，而本规划选用的AD 芯片为LPC2103 内置的10 位A/D 模块，它要求输入模拟信号的电压规模为0~3.3 V.因而，在完结精确丈量的条件下，考虑到运用的便利，规划的完结周期和经济等问题，三相电压的获取选用了电阻分压式，原理图如图3所示。
由RV1 ，Rin1 组成分压电路，对被收集电压进行分压，考虑到电阻的功率和电路板的体积等问题，运用中两分压电阻其阻值如下：
RIN1 = 75 kΩ ， 核算功率为：
PRIN1= 1.87 W ，实践中将挑选PRIN1= 1.5 × 1.87 W ≈ 3 W 的分压电阻；RV1 = 1 kΩ ， 核算功率为：
PRV1= 25 mW ，因而挑选一般电阻即可满意运用要求。
此刻RV1 上的电压为0~5 V，由运放U2C，U2D 组成了整流模块，将电压转化成0~3.3 V.因为运用集成运放建立信号运算电路时，运放的输入电阻Rin 和反应电阻Rf的阻值挑选应遵从的原则是：
综上，相关电阻挑选为：R3 = R4 =R5 = 20 kΩ ，R6 = 5.1 kΩ ，为了确保调度电路精确将+5 V信号调整至3.3 V，反相份额电路的反应电阻R8 = 10 kΩ ，输入电阻R7选用电位器完结。
由U2A组成电压跟从电路桥接分压电路和整流电路两部分，使其相互之间互不影响。
1.2.2 三相电流获取方法
因为数据收集体系的运用条件是不影响设备的正常作业，因而三相电流的获取方法选用穿孔式霍尔电流传感器以完结非触摸式丈量。为到达精确的丈量成果，霍尔传感器的参数挑选依据被测电机的额外电流来进行。其间：因为电机在发动瞬间其冲击电流是额外电流的5~7倍，测验标明，冲击电流的时刻将保持十几ms，考虑到维护后续丈量电路的安全，规划了限幅电路，确保丈量信号一直在±5 V规模内。电流获取电路如图4所示。
与电压丈量相同，选用电压跟从电路以减小信号的衰减和损耗。限幅电路由RC1，U3B，U3C和二极管D1，D2组成，其间RC1 为限流电阻。当输入信号Ui 处于［-5 V，5 V］规模内，U3B，U3C的输出均为正饱满电压，此刻D1，D2均截止，输出信号Uo=Ui.当输入信号Ui不在［-5 V，5 V］规模内时：
（1）当输入信号Ui>5 V 时，U3C 的输出为负饱满电压，此刻D1导通，U3C成为跟从电路，输出信号Uo=5 V.
（2）同理，当输入信号Ui-5 V时，U3B的输出为低电平饱满电压，此刻D2导通，U3B 成为跟从电路，输出信号Uo=-5 V.由此，限幅电路将输入信号约束在了［-5 V ，5 V］规模内，且信号不会失真。
与电压获取电路类似，在限幅电路后将信号进行整流处理，之后将送入中心处理器的A/D采样环节。
1.3 数据收集与存储模块
数据收集的部分选用了LPC2103内置的10位A/D，将经过调度的三相电信号提供给其A/D引脚即可。
依据数据收集体系的规划要求，本规划开发的数据收集体系，将在不便利与上位机通讯的情况下，可以在下位机中保存很多的实时数据。因为收集模块选用了LPC2103内置的10位A/D，其A/D数据寄存器为32位寄存器，为节约数据运算时刻和进步采样频率，每次采样的成果保存低16位，即每个采样点的数据为16 b=2 B.体系将采样频率设置为1 024 Hz，在这样的采样频率下，8 通道1 s收集的数据量：1 024 × 8 × 2 B = 16 KB ，考虑到长时刻收集下的较大数据量和数据存储时的高传输率，数据的存储运用SD卡完结。
SD卡与微控制器之间的通讯有SD和SPI两种接口形式［4］，因为LPC2103内部具有串行外设SPI总线，且运用SPI总线时可以节约主控制器的I/O 资源，因而本规划选用SPI接口方法完结SD卡与主控制器的通讯，接口电路如图5所示。
将LPC2103 装备为主机，SD 卡为从机，在SPI形式下完结数据传输。控制器的GPIO 端口P0.9衔接SD 卡片选线SD_CS;主控制器时钟信号线SCK0 衔接SD 卡SCK 引脚，确保主从设备间的时钟同步；控制器的主机输出从机输入线MOSI衔接SD卡的数据输入；控制器的主机输入从机输出线MISO 衔接SD 卡的数据输出信号线。
2 体系软件开发
用户经过按键挑选数据收集体系作业形式。作业形式1，体系收集三相电信号，并将实时数据经过串口发送至上位机；作业形式2，体系收集三相电信号，并将实时数据保存至SD 卡，不与上位机进行通讯。主程序流程图如图6所示。
程序的初始化首要包含：GPIO端口、定时器模块、A/D 模块、SPI接口单元、UART接口单元、SD卡等6大模块。对SD卡的操作依照其数据手册，经过主控制器发送给SD 卡相应的指令来完结。SPI形式下，SD卡的指令由6 B组成，主控制器向SD卡发送指令时，高位字节在前，低位字节在后。操作流程如图7所示。
本规划运用了文件体系为FAT16 类型的SD 卡。FAT16 文件体系的体系分区由引导扇区、FAT 表、FDT表和文件数据区四大部分组成，数据的读/写均以扇区为单位。因为SD 卡体系分区的前三部分是十分重要的，一般不能将数据写入这三部分地点的扇区内，不然会使得SD卡无法被电脑辨认，因而在向SD卡写入数据前，首要需找到引导扇区的方位，并依据其间的内容核算FAT、FDT 以及数据簇的开始地址和巨细。为节约LPC2103 的内存，设置SD 卡写数据为单块写形式。写SD相同要遵从SD卡写块时序。
3 测验成果
本规划的上位机数据测验软件在LabVIEW 环境下开发，针对串口发送的数据和保存在SD 卡中的实时数据进行不同的开发，其数据成果如图8所示。数据测验软件将串口发送的数据转化至［-5 V，5 V］之间进行显现。图中，经过标定换算，数据收集的成果是精确有用的。
因而，计划所规划的三相电信号数据收集体系可以为进行依据电机拖动的液压动力体系作业状况监测研讨奠定杰出的数据渠道。
4 定论
本文提出了依据LPC2103 的三相电信号数据收集体系的规划计划。计划以LPC2103为中心规划的三相电信号数据收集体系，选用霍尔传感器精确、安全的获取电压电流信号，数据的存储选用SD卡存储方法和串口发送数据至上位机存储形式两种法相结合，增加了数据收集体系的运用灵活性，并给出了具体的软、硬件开发进程。经过测验软件的标定换算，数据收集的成果是精确并有用的，然后验证了计划中所规划的三相电信号数据收集体系可以为进行依据电机拖动的液压动力体系作业状况监测研讨奠定杰出的数据渠道。
