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交流电过零点检测电路总结?
交流电的过零点检测方案较多，目前较常见的也是我之前所使用的方案如图1所示：
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图1 交流电光耦过零检测电路
图1的电路可以检测到交流电经过零点的时间，但是它存在诸多的弊端，现列举如下：
电阻消耗功率太大，发热较多。220v交流电，按照有效值进行计算三个47k的电阻平均每个电阻的功率为220^2/(3*47k)/3=114.42mw。对于0805的贴片电阻按照1/8w的功率计算，当前的消耗功率接近其额定功率，电阻 发热大较大。同时需要注意市电的有效值为220v，其峰值电压为311v，以此计算我们可以得到每个电阻的瞬时最大功率为228mw，严重超过了电阻的额定功率，因此使用是存在危险的。 光耦的过零点反应速度慢,tza上升沿时间长。实际测试发现光耦过零点上升沿和下降沿的跳变时间为120us左右(高低电平压差为3.3v)。对于一般的应用可以接受，但是对于通信中的同步应用该反应时间将严重影响通信质量。因为在120us内都可以认为是发生了过零事件，也就是说我对过零的判断可能存在最高达120us的偏差。 根据光耦的导通特性，该电路的零点指示滞后实际交流电发生的零点。滞后时间可以根据光耦的导通电流计算，nec2501的典型值是10ma，实际上，当前向电流达到1ma的时候光耦一般就已经导通了。现以1ma电流计算，电阻3×47k=141k,则电压为141v，相应的滞后零点时间约为1.5ms。假设0.5ma导通则电压为70v，则滞后时间为722us。 光耦导通时间较长，即光耦电流由0变为导通电流这个渐变过程较长，导致光耦特性边缘时间差异明显，产品一致性差。假设以1ma作为光耦的导通电流，那么在220v交流电由0v变化到141v的过程需要1.5ms。而因为期间的一致性问题，部分光耦可能会在0.5ma的时候就导通，部分可能在0.7ma的时候导通。现假设一致性带来的最低导通电流为0.5ma，那么对应导通电压为71v，对应滞后零点时间为736us，这表明，不同光耦之间零点差异可能达到764us！(实际测试中我检测了10个样品，其中两个光耦导通性能差别最大的时间差达到50us，其他普遍在10us左右)。这为不同设备使用该电路进行同步制造了很大的麻烦。 受光耦导通电流限制，该电路能够检测的交流信号幅度范围较窄。以1ma计算，该光耦只能检测交流信号幅度大于141v的信号。如果该信号用于同步，那么在设备进行低压测试时将不能获取同步信号。 tza输出波形和标准方波相差较大，占空比高于50%。实际测试中占空比的时间误差达到1.2ms，在应用中该时差不能被忽略。
基于以上列出的各个问题导致利用交流电过零点进行同步质量较差，需要改进。首先我想到的方案是利用比较器的比较功能来产生标准的方波。在交流电的正半周比较器输出高电平，在交流电的负半周比较器输出低电平。该方案的时间误差仅取决于比较器电平跳变的响应速度和比较器的差分电平分辨率。以lm319为例，偏置电压最大为10mv，比较灵敏度为5mv，5v输出电平跳变响应时间在300ns以内，加上asin(10e-3/311)/2//pi/50 = 100ns。二者总共相差约400ns，远低于图1所示的方案。在实际应用中我使用了lm358来代替比较器，其偏置电流为50na，串接1m的电阻，满足偏置电流的电压为50na×1m=50mv。按照st-lm358资料，其开环频率响应1k一下可以达到100db，因此理论上输入1mv的电平依然可以识别，和前边假设相比取50mv，asin(50mv/311)/2/pi/50 = 500ns，放大器的sr为0.6v/us，假设转换到4v，需要7us。因此使用lm358的绝对误差为7.5us,而实际上由于每个器件的共性，因此在同步上偏差应该小于1.5us。
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方案定下来以后就应该进行电路设计了，在实际电路调试的时候遇到很多问题，现记录于此供以后参考。主要问题包括有：
对于差分运放电路缺乏基本的认识，最初考虑用电阻分压电路，按照最大电压311v，电阻分压1：100，选用2m电阻串接一个20k，取20k两端的电压，理论最大差为3.11v的样子，电路如图2-1所示。该电路最终以失败告终。经过学习和查找原因，是因为没有可靠的工作点，或者说没有统一的参考地，浮地输入无法实现放大。同样因为这个原因，在网上寻找的如图2-2所示的电路也以失败告终。 ? 为了能够对差分放大电路提供统一的参考基准最终对图2-2进行修改，分别从差分输入的 端和-端引一个大电阻到测试系统的“地”，因为是单电源放大考虑到lm358的共模输入信号范围0-vcc-1.5v，由于二极管限幅，二极管两端电压最多0.7v，又因为对于去其中间电平连接到地，正负端对地输入的电压范围为-0.35到 0.35。最终电路如图3所示，该电路可以实现设计功能。
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经验总结：
理解运算放大器的共模输入范围，这对运放电路设计很重要。如果输入信号超过共模电压范围，放大器将不能正常工作。 任何信号耦合都是需要电流驱动的，放大器限流以及不同设备间“地”的连接不是电阻越大越好。当初设计图3的电路，最初r2和r3取500k时，用示波器双通道同时测试测试地到r2,r3两端差分电压，显示其具有相同的波形，幅度8v左右。理论上其原r2,r3两端波形幅度应该为0.35v，相位相反。经过反复试验，发现其原因就在于经过r2,r3电流太小已经没有达到共“地”的效果了，降低r2,r3阻值测试波形和理论一致。 当初为了安全测试220v端电压波形，查阅了浮地测试技术的相关资料。同时经过实验验证，浮地测试必须要将示波器和被测试系统的公共地断开，具体来说就是让测试仪器和被测试平台不具备相同的参考地电位，这样短接示波器探头的地到被测试平台才不会发生事故。拿本实验举例，假设我们需要测量市电实时波形，怎么测量呢。我们可以这样测试，示波器供电时三芯插头只连接l和n端，接地不连接，这样就可以通过接地夹夹在市电的一端，用探头去测量另一端的波形了。当然最好还是在接地夹串接以大电阻去接市电一端，探头也串接一大电阻去接市电另一端。如果不这样测试会有什么后果？？？如果不这样测试，因为示波器探头的接地夹是和三芯插头地线导通的，在通过接地夹去夹火线或者零线是就相当于把火线或零线直接与大地相连，如果是零线还没事，如果是火线那必然短路！非常危险！！！
功能确定好后，接下来就是方案和器件选型，先把前面确定的功能列一下
序号 功能 集成/外购cots 1 避障 集成 2 循迹 集成 5 电机驱动 集成 6 测速 集成 7 方位计 集成 13 光强检测 集成 17 电源管理 集成 9 通信 集成 10 车身指示 集成 3 测距 cots 4 舵机 cots 8 本地显示 cots 11 碰撞 cots 12 颜色识别 cots 14 语音控制 cots 15 视频回传 cots 16 定位 cots 17 电机 cots
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针对我这辆集成小车，选型和设计依据的原则：
1）板载集成功能，确定硬件器件型号，并且考虑cots的兼容性。硬件和软件功能大体实现方案需要确定
2）cots模块，提前考虑，在pcb板上留好接口和安装位置
3）供电能力
4）尽量选择贴片器件
5）性能、价格、体积、安装等综合考虑
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接下来就是展开介绍如何考虑功能实现和器件选型，前面章节已经提到这里就不会赘述了。
可以提前确定器件的功能
方位计-mpu6050、测距- hc-sr04、舵机-mg90s、光强检测-光敏电阻5528、本地显示-oled、车身指示灯-3528共阳七彩灯珠、行驶指示灯-5mm发光二极管、碰撞-ky-031
红外管选择
市面小车上常用的红外管，外观形态有2种，前者是普通圆头的管子，后者型号pt928-6c如下图所示，发射和接收成对使用。
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普通圆头的红外管有2种尺寸规格，5mm和3mm，选用的是5mm。
红外管用的有850nm和950nm，选用的是950nm。原因是他们在某宝上卖家多：）
普通圆头红外我用作车头和车尾的避障红外和跟随红外。
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pt928-6c和ir928-6c是收发对管，它的红外反射后接收距离比普通圆头红外管检测的短，收发直射，检测距离还可以，做避障不够，用作码盘测速检测可以，而且引脚不用折弯。某宝上码盘测速的成品好像用的就是这种管子。
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循迹功能我默认采用的是tcrt5000。但是后期调试后我统一成普通圆头的红外管了。
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这里补充说一点：
普通圆头红外管受日光线的干扰比较大，障碍检测距离做到10cm算不错了，如果加大发射端电流能调远些，但是在日光较强的环境里基本不可用。我在这里看了一些强抗干扰的红外检测的成品和方案，供大家参考
1）利用类似红外遥控的原理，通过给红外编码以增加抗干扰，而不是简单的有/无
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2）e18-d80nk，这个传感器属于工业级的，蛮好用，就是有点贵，供电电压是5v
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这是给自己准备的b计划，万一板载传感器不行，我就换成它们。实际测试还好。
这里请允许我先卖个关子，我找到了一种简单的增加日光线干扰的方法：）（我前面放出的图里其实能看出来）
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电机选型
型号 标称转速rpm 空载电流(ma) 额定电流(ma) 堵转电流(ma) 测试结果 tt-130@6v ~200 ~200 ? 450 ok n20@6v 500 ? ~160 ? ok n20@6v 1000 ? ~160 ? nok，扭矩太小，加减速反应很慢 370@6v 170 ≤100 ≤450 1800 pok,车速偏低 370@6v 620 ≤100 ≤450 1800 ok，全速时可以甩尾
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电机的选型很重要，这是小车最大功耗部分，直接影响电源方案，上述3种类型电机是我主要备选对象，其中370@620转电机速度性能最好，n20电机灵活性最好，tt电机介于两者之间。
设计阶段就考虑了要兼容这三种电机的安装方式，因为现成的370电机安装支架与tt/n20安装孔有些重叠，所以实际小车，tt电机和n20电机的轴距是一样的，370电机轴距略小，无法配套现成的pc外壳。
pcb结构的很多调整都是围绕电机位置和电机外围尺寸进行的，有些地方没有实际安装还真的容易忽视。通过禁布区的设置，可以把走线区域限制在电机外部。
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电机驱动芯片
电驱芯片的选择前后换过几次，第一版我采用的是l298n，但是这款芯片太贵了，后来改版就换成了drv8833p，2路电机驱动支持1.5a电流，部署2片，实际贴片的时候drv8833又缺料，又换成了pin-to-pin兼容的hr8833，芯片具体参数大家自己找吧，这里就不凑字数了：）
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供电方案
供电方案时我纠结最久的地方，其实就2种选择：升压或者降压方案。
前面考虑的电机虽说标称是6v电机，但是电压低点或者高点都可以工作，电压越高，小车跑得越快。对电池的输出功率要求越大，6v是一个合适的电压。因为我做过370电机在10v电压下的极限测试，结果把电源芯片烧了。
降压方案是电池串联直接给电机供电，数字部分电源用降压芯片。业界用的比较多，优势是电机供电方案简单，只要电池放电特性满足电机工作要求，小车跑起来不会有问题，我个人觉得有风险的地方是电机堵转的时候，容易造成电池输出电压跌落，导致mcu的数字供电部分异常，小车就会重启。规避方法可以在电驱处做ocp过流保护，选用的电池放电倍率大点。
升压方案是电池并联，电机供电和数字部分都通过升压方式。市面上常用的升压电源输出电流在2a左右，用一路升压电源给电机供电就不够，需要2路。这样做无疑增加了电源部分复杂度。另外一个问题是电机的2路升压输出电压不会完全一致，这点我自动忽略了。
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影响电源选型的另外一个因素是充电。降压方案中对2节串联电池充电，需要先升压。升压方案就简单多了，直接用单路锂电池充电芯片就可以。
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第三个考虑因素需要检测电池电压，通过oled实时显示当前电池容量。我实现的比较粗糙，直接用电压的相对百分比来显示容量。并联方案只需要一路adc通道就可以完成检测，因为前面循迹、避障、光敏就用了11个adc通道，对于adc通道多的mcu来讲，这个不是问题，先暂且不表。串联方案要检测2节电池的电压就不能直接进adc了。
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第四个考虑的因素是充放电保护。毕竟电池这玩意属于危险品，不能充爆了也不能过放漏液，在充放电主回路上必须加上mos管保护，简单考察了下，并联方案有成熟芯片直接实现，串联方案有点啰嗦，我没去细研究，感兴趣的自行找资料。
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综上所述，电源网络如下：
通信
前面已经提到过了，首选esp-07 wifi传输作为通信通道，那么蓝牙和nrf24l01是否也兼容下呢？蓝牙我玩的比较少，市面很多蓝牙出uart接口，一合计，留一个商用蓝牙模块的接口即可，跟esp-07共用，esp-07不用的时候软件复位掉即可。nrf24l01为啥想留着呢？因为esp-07只能做单播，小车之间的通信如果通过esp-07直接相互连接，就会出现数据多链路并发，esp-07需要工作在hybrid模式，esp-07在此模式下使用起来就有些麻烦，数据吞吐率也不够（后面设计实现时分享）。nrf24l01网友讲可以在0实现通道广播，有人做出来，那就留着吧，spi口本身肯定要预留一个的，优先兼容商用的nrf24l01模块好了。
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语音控制和视频回传
我现在都没去弄，下一步的事情，给语音模块留个spi口和uart口就行，用到再弄。
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定位
我现在没有用到，下一步的事情，设计时留个uart口就行。
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人体接近红外
这个模块没太多选择，我也没当成重点选，选的是hc-sr501
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到此位置，各项模块的器件选型就这么都确定了。接下来的事情就要选mcu和确定资源了。
这里汇总一下前面各项功能需要的mcu资源。
序号 功能 集成/外购cots 器件型号 扩展说明 数量 工作方式 需要引脚数量 1 避障 集成 940nm红外收发管 cots做备选 6 adc 6 2 循迹 集成 tcrt5000 cots做备选 4 adc 6 5 电机驱动 集成 drv8833p 2 tim-pwm 8 6 测速 集成 940nm红外收发管 2 tim-cap 2 7 方位计 集成 mpu6050 1 i2c 2 13 光强检测 集成 光敏电阻5528 ky-301 1 adc 1 17 电源管理 集成 tp4056（充电） fp6291lr-g1（放电） 接口单独拉出，可直接接串联电池组 1 adc 1 9 通信 集成 esp-07 hc-06共用串口，出spi接口nrf24l01 1 usart 2 spi 4 10 车身指示 集成 3528 rgb led 1 io(无pwm) 7 3 测距 cots hc-sr04 激光测距vl53l0x备选 1 tim-cnt gpio 2 i2c 2 4 舵机 cots mg90s 2 tim-pwm 2 8 本地显示 cots oled 1 i2c 0 11 碰撞 cots ky-031 1 gpio 1 12 颜色识别 cots tcs34725 可与激光测距i2c复用 1 i2c 0 14 语音控制 cots 可编程语音控制模块，没玩 1 i2c 2 15 视频回传 cots 没玩 1 wifi 0 16 定位 cots gps模块，没玩 可与串行舵机复用 1 uart 2 17 电机 cots tt-130/n20/310/370 4 0 18 人体接近 cots hc-sr501 1 gpio 1 19 预留 1 spi 5 20 预留 ??? 1 usart 2 gpio合计 58 定时器资源合集 另计 ?
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引用文献：
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源：http://blog.163.com/zhaojun_xf/blog/static/30050580200852054359596/
常见的过零检测电路：
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过零检测电路原理及注意事项
过零检测的作用可以理解为给主芯片提供一个标准，这个标准的起点是零电压，可控硅导通角的大小就是依据这个标准。也就是说塑封电机高、中、低、微转速都对应一个导通角，而每个导通角的导通时间是从零电压开始计算的，导通时间不一样，导通角度的大小就不一样，因此电机的转速就不一样。
1.???????电路原理图
1.???????工作原理简介
d5、d6电压取自变压器次级a、b两点(~14v)，经过d5、d6全波整流，形成脉动直流波形，电阻分压后，再经过电容滤波，滤去高频成分，形成c点电压波形；当c点电压大于0.7v时，三极管q2导通，在三极管集电极形成低电平；当c点电压低于0.7v时，三极管截止，三极管集电极通过上拉电阻r4，形成高电平。这样通过三极管的反复导通、截止，在芯片过零检测端口d点形成100hz脉冲波形，芯片通过判断，检测电压的零点。
1.???????各元器件作用及注意事项
?3.1 d5、d6前期选用1n4148，由于耐压偏低，损坏后出现运行灯闪烁（风机失速保护）和所有指示灯闪烁（无过零信号保护）等故障，因此今后设计和维修都必需选择1n4007。?
3.2 q2可选用9014三极管或d9d贴片三极管；该三极管开路、短路都会造成开机后内风机不转，一分钟后出现失速保护。
只要元件不用错，该电路一般不会出问题。
转载于:https://www.cnblogs.com/littletiger/p/3941148.html
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