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摘 要：在我们的日常生活的电子仪器或者工业生产的电子设备中，经常会受到电源中的交流纹波的干扰和损坏。例如变电站中配电箱等设备中装有大量的阀控式电池，因为这些电池需要长期不间断地运行工作，而如果为其供电的直流电源含有大量纹波，那么这些电池就会很容易损坏而造成用电事故和经济损失。为了控制每组充电源的纹波系数和纹波含量，我们需要一个能检测并能实时显示直流电源纹波含量和纹波系数的仪器。手持式纹波表，体积小、方便携带、测量精度高且采用LCD12864屏显示，能对被测源进行全程监控。
关键词：纹波；单片机；LCD显示器；数据数据采集
1引言
直流稳压电源一般包括整流电路模块、滤波电路模块和稳压电路模块等这几个电路模块。由于滤波不干净而产生的这些寄生于直流电压的交流成分就叫做纹波。纹波是一种比较复杂的杂波，它绕着输出的直流电源电压上下作往复波动。不同的电源，产生纹波的原因也不同。
在现实生活中，纹波电压会造成很多困扰与危害，例如在生活中，我们的音响或者手机听筒常常遇到嗡嗡的声响，这是由于音频中的纹波噪音信号产生的干扰；电路中的纹波如果过大会干扰数字电路的逻辑关系，这样可能会使电器设备不能正常的运行工作；过强的纹波量会导致产生很强的浪涌电流和电压，不仅会造成电子设备的损害，还可能造成不必要的人身伤害等等。
2纹波表的技术指标
纹波电压通常用有效值或峰值来表示，为了比较客观的来表示直流电源中的滤波性能，这时我们用纹波系数的概念来定义，那么将得到纹波系数U等于纹波电压的有效值V1百分比与直流电压V0，即U=V1/V0×100%。为了控制每组充电机的纹波系数和纹波含量（交流脉动量），纹波测试仪能实时准确地对直流电源纹波含量和纹波系数做全程监测。对充电机稳压精度、稳流精度、纹波系数进行精确地测量。不同的场合，或者不同的设备对纹波大小范围要求不一样，因此下面我们具体分别介绍了该手持式纹波表的直流电源电压和纹波电压的技术指标。
手持式纹波测试仪，以单片机为核心，LCD显示用于监视直流电压稳定运行，可测量直流48（V），110（V），220（V）各等级直流系统，测量直流电源，纹波，监视范围直流电压0V-300V；测量精度为0.5%。纹波的测量范围为50mv-2100mv；测量精度为0.4%。
3.纹波表系统的总体设计
首先是进行电压的采集，电压的采集分为直流电源电压的采集和夹杂其中的纹波的采集，在这边可以利用单片机芯片进行快速的交替采集，如果用两块单片机进行不间断采集不利于成本的控制，而且占用空间。采集完进行模数转换后，利用单片机分别对直流电压和纹波进行数据分析和处理，而后将处理完的数据转换成LCD显示屏可以识别的数据并发送给显示屏显示出来，这样我们就可以直观的观测到设备直流电压，纹波和纹波系数的实时变化了。
3.1纹波表的主要硬件系统设计
3.1.1 直流电压采集电路模块
上图所示为直流电压采集电路，左半图标注的U-IN为被测直流电源的输入口，首先在采集口接上一电阻为1K欧姆的保险丝（防止电压过高烧坏电路），接着对被测直流电压进行对半分压，然后接上电压跟随器进行电路隔离，防止电路与被测电压电路的相互串扰。为了使电压采集时模数转换精确度更高，可以设计一个让电压自己切换档位进行切换的模块（譬如上图右半部分），该电路模块的设计思路是分别把不同档位的被测直流电压进行不同倍数的放大，这样就能够使模数转换器转换的数据精度更高，显示数据才能更实时，更精确。图中标注S0，S1为单片机控制的输入端口，当S1S0=00时，电路连通的是第一档，该档位的放大倍数为6倍；当S1S0=01时，电路连通的是第二档，该档位的放大倍数为9.2倍；当S1S0=10时，电路连通的是第三档，该档位的放大倍数为13倍；当S1S0=11时，电路连通的是第四档，该档位的放大倍数为19倍。
3.1.2 纹波采集电路模块
上图所示电路为纹波采集电路模块，标注U-IN 端口为被测电源纹波的输入端，直流电压成分被接口端的电容过滤掉，只有交流纹波成分通过。该交流纹波经过后面的隔离跟随器后，再通过一个高通滤波器得到幅值相对较大的工频50HZ的倍数谐波信号，过滤掉其它杂波。过滤后的纹波信号经过多次缩小、放大，极性电容、二极管的整流后得到单片机可以处理的直流电压信号。被测的交流纹波经过该电路处理后得到的是工频50HZ的倍数谐波信号整流后的脉动直流信号。该信号经过模数转换器后得到数字信号，再传输给单片机进行处理。
3.1.3 模数转换器ADS1110
上图所示为16位精度的ADS1110，由于我们选择的avr单片机atmega16的内置模数转换为8位精度，对于有些需要高精度的应用场所就可以选择外置ADS1110。上图所标U-AC为采集电路采集处理后的直流电压输入端或者纹波采集电路采集的纹波输入端。标注CLK为avr单片机发送的同步时钟信号，该时钟信号不仅控制模数转换器与单片机工作同步，而且还能交替选定不同地址的模数转换器进行数据的传输。标注SDA端口为模数转换后的16位精度的采集数据的输出端，该数据将传给avr单片机进行分析处理。因为该仪器要采集的信号有两种，所以电路中布置了两个不同地址的模数转换器ADS1110。
3.1.4 按键系统模块和带字库显示器模块LCD
上图所示为系统按键模块，分别标注为KEY1、KEY2、KEY3，这三个按键的功能分别为上行键、下行键和确认键。当按下按键时，它们会向单片机发送逻辑信号命令，单片机读取并分析脉冲信号后会做出相应的指示操作，如存储数据或命令显示屏LCD12864做出相应显示操作。
上图所示模块为LCD显示屏电路，所使用型号为ZLE12864。该型号LCD采用正5伏电源作为供电源，可以使用软件加上滑动变阻器来控制调节其亮度。显示板分为128列和64行，采用8位并行数据通信，如图所示，標注LCD-DB7～LCD-DB0与单片机atmega16并行连接，用来传输数据流。该显示屏可以用来显示16×16格式的汉字、8×16格式的英文符号和8×8的数字符，便于操作员直观的了解被测电源的纹波变化情况。 4.调试与总结
该纹波表针对直流系统采集电压和纹波，用于监视直流电压稳定运行，能测量纹波并显示纹波系数。
从该显示界面操作人员可以直白的得到被测源的直流电压值、纹波值和纹波系数（纹波与电压的百分比值）。通过长按确定键5秒并释放，操作员进入整定选项页面，然后按下行键将光标移到“纹波整定”，再按确定键进入纹波整定。
“CS=0”，这代表第一个整定点，第一个点300mV纹波，然后在按确定按钮加1，面板显示“CS=1”，进入第二个整定点，在2分钟内输入稳定的600mV，同理，依次整定后面几个点，总的有7个点，除第一个点外，分别从第二个点开始为：300mV、600mV、900mV、1200mV、1500mV、1800mV、2100Mv。
因为在实际应用中该手持式纹波表通常接入的是大电压，所以在进行整定或者应用测量时应先对电路进行检查，查看是否有短路或损坏。本系统设计应用于蓄电池组处于浮充状态下的测量以及离线单节蓄电池的测量，处于放电状态的蓄电池组请勿进行测量，否则测试数据不可信，且有可能造成设备的损坏。
结束语：
在实际应用中，我们还可以使之功能更加完善，可以添加报警装置电路模块：首先在单片机中设置直流电压、纹波和纹波系数的报警值，当被测电源超出这些报警值就会智能地触动报警器，这样，操作人员就可以快速的采取相应的应急方案。设计外接存储芯片电路：有时候我们需要对供电源设备进行核检或者长期的跟踪研究，这时可以在纹波表电路中接入大容量存储模块。设置使仪器在每隔一小段时间便记录一次数据，当记录一定量时，研究人员就可以用这些数据进行分析处理，比如将这些数据整合建立成数字曲线图便于研究，从而对直流电源设备有更好的了解和完善。
参考文献：
[1]李精华. 用Protel DXP设计电路板的原理和方法 [J]. 西安航空技术高等專科学校学报 .2006年03期：20～22
[2]周兴华. AVR单片机入门及C语言高效设计实践 [J]. 电子世界 .2006年10期：54～55
[3]孙会丽. 浅谈纹波电压及纹波系数 [J]. 辽宁师专学报（自然科学版） .2009年4期：30+63
[4]程惠等. 电源纹波的测量及抑制 [J]. 电源技术 .2012年12期：1899-1900+1921
关键词：纹波；单片机；LCD显示器；数据数据采集
1引言
直流稳压电源一般包括整流电路模块、滤波电路模块和稳压电路模块等这几个电路模块。由于滤波不干净而产生的这些寄生于直流电压的交流成分就叫做纹波。纹波是一种比较复杂的杂波，它绕着输出的直流电源电压上下作往复波动。不同的电源，产生纹波的原因也不同。
在现实生活中，纹波电压会造成很多困扰与危害，例如在生活中，我们的音响或者手机听筒常常遇到嗡嗡的声响，这是由于音频中的纹波噪音信号产生的干扰；电路中的纹波如果过大会干扰数字电路的逻辑关系，这样可能会使电器设备不能正常的运行工作；过强的纹波量会导致产生很强的浪涌电流和电压，不仅会造成电子设备的损害，还可能造成不必要的人身伤害等等。
2纹波表的技术指标
纹波电压通常用有效值或峰值来表示，为了比较客观的来表示直流电源中的滤波性能，这时我们用纹波系数的概念来定义，那么将得到纹波系数U等于纹波电压的有效值V1百分比与直流电压V0，即U=V1/V0×100%。为了控制每组充电机的纹波系数和纹波含量（交流脉动量），纹波测试仪能实时准确地对直流电源纹波含量和纹波系数做全程监测。对充电机稳压精度、稳流精度、纹波系数进行精确地测量。不同的场合，或者不同的设备对纹波大小范围要求不一样，因此下面我们具体分别介绍了该手持式纹波表的直流电源电压和纹波电压的技术指标。
手持式纹波测试仪，以单片机为核心，LCD显示用于监视直流电压稳定运行，可测量直流48（V），110（V），220（V）各等级直流系统，测量直流电源，纹波，监视范围直流电压0V-300V；测量精度为0.5%。纹波的测量范围为50mv-2100mv；测量精度为0.4%。
3.纹波表系统的总体设计
首先是进行电压的采集，电压的采集分为直流电源电压的采集和夹杂其中的纹波的采集，在这边可以利用单片机芯片进行快速的交替采集，如果用两块单片机进行不间断采集不利于成本的控制，而且占用空间。采集完进行模数转换后，利用单片机分别对直流电压和纹波进行数据分析和处理，而后将处理完的数据转换成LCD显示屏可以识别的数据并发送给显示屏显示出来，这样我们就可以直观的观测到设备直流电压，纹波和纹波系数的实时变化了。
3.1纹波表的主要硬件系统设计
3.1.1 直流电压采集电路模块
上图所示为直流电压采集电路，左半图标注的U-IN为被测直流电源的输入口，首先在采集口接上一电阻为1K欧姆的保险丝（防止电压过高烧坏电路），接着对被测直流电压进行对半分压，然后接上电压跟随器进行电路隔离，防止电路与被测电压电路的相互串扰。为了使电压采集时模数转换精确度更高，可以设计一个让电压自己切换档位进行切换的模块（譬如上图右半部分），该电路模块的设计思路是分别把不同档位的被测直流电压进行不同倍数的放大，这样就能够使模数转换器转换的数据精度更高，显示数据才能更实时，更精确。图中标注S0，S1为单片机控制的输入端口，当S1S0=00时，电路连通的是第一档，该档位的放大倍数为6倍；当S1S0=01时，电路连通的是第二档，该档位的放大倍数为9.2倍；当S1S0=10时，电路连通的是第三档，该档位的放大倍数为13倍；当S1S0=11时，电路连通的是第四档，该档位的放大倍数为19倍。
3.1.2 纹波采集电路模块
上图所示电路为纹波采集电路模块，标注U-IN 端口为被测电源纹波的输入端，直流电压成分被接口端的电容过滤掉，只有交流纹波成分通过。该交流纹波经过后面的隔离跟随器后，再通过一个高通滤波器得到幅值相对较大的工频50HZ的倍数谐波信号，过滤掉其它杂波。过滤后的纹波信号经过多次缩小、放大，极性电容、二极管的整流后得到单片机可以处理的直流电压信号。被测的交流纹波经过该电路处理后得到的是工频50HZ的倍数谐波信号整流后的脉动直流信号。该信号经过模数转换器后得到数字信号，再传输给单片机进行处理。
3.1.3 模数转换器ADS1110
上图所示为16位精度的ADS1110，由于我们选择的avr单片机atmega16的内置模数转换为8位精度，对于有些需要高精度的应用场所就可以选择外置ADS1110。上图所标U-AC为采集电路采集处理后的直流电压输入端或者纹波采集电路采集的纹波输入端。标注CLK为avr单片机发送的同步时钟信号，该时钟信号不仅控制模数转换器与单片机工作同步，而且还能交替选定不同地址的模数转换器进行数据的传输。标注SDA端口为模数转换后的16位精度的采集数据的输出端，该数据将传给avr单片机进行分析处理。因为该仪器要采集的信号有两种，所以电路中布置了两个不同地址的模数转换器ADS1110。
3.1.4 按键系统模块和带字库显示器模块LCD
上图所示为系统按键模块，分别标注为KEY1、KEY2、KEY3，这三个按键的功能分别为上行键、下行键和确认键。当按下按键时，它们会向单片机发送逻辑信号命令，单片机读取并分析脉冲信号后会做出相应的指示操作，如存储数据或命令显示屏LCD12864做出相应显示操作。
上图所示模块为LCD显示屏电路，所使用型号为ZLE12864。该型号LCD采用正5伏电源作为供电源，可以使用软件加上滑动变阻器来控制调节其亮度。显示板分为128列和64行，采用8位并行数据通信，如图所示，標注LCD-DB7～LCD-DB0与单片机atmega16并行连接，用来传输数据流。该显示屏可以用来显示16×16格式的汉字、8×16格式的英文符号和8×8的数字符，便于操作员直观的了解被测电源的纹波变化情况。 4.调试与总结
该纹波表针对直流系统采集电压和纹波，用于监视直流电压稳定运行，能测量纹波并显示纹波系数。
从该显示界面操作人员可以直白的得到被测源的直流电压值、纹波值和纹波系数（纹波与电压的百分比值）。通过长按确定键5秒并释放，操作员进入整定选项页面，然后按下行键将光标移到“纹波整定”，再按确定键进入纹波整定。
“CS=0”，这代表第一个整定点，第一个点300mV纹波，然后在按确定按钮加1，面板显示“CS=1”，进入第二个整定点，在2分钟内输入稳定的600mV，同理，依次整定后面几个点，总的有7个点，除第一个点外，分别从第二个点开始为：300mV、600mV、900mV、1200mV、1500mV、1800mV、2100Mv。
因为在实际应用中该手持式纹波表通常接入的是大电压，所以在进行整定或者应用测量时应先对电路进行检查，查看是否有短路或损坏。本系统设计应用于蓄电池组处于浮充状态下的测量以及离线单节蓄电池的测量，处于放电状态的蓄电池组请勿进行测量，否则测试数据不可信，且有可能造成设备的损坏。
结束语：
在实际应用中，我们还可以使之功能更加完善，可以添加报警装置电路模块：首先在单片机中设置直流电压、纹波和纹波系数的报警值，当被测电源超出这些报警值就会智能地触动报警器，这样，操作人员就可以快速的采取相应的应急方案。设计外接存储芯片电路：有时候我们需要对供电源设备进行核检或者长期的跟踪研究，这时可以在纹波表电路中接入大容量存储模块。设置使仪器在每隔一小段时间便记录一次数据，当记录一定量时，研究人员就可以用这些数据进行分析处理，比如将这些数据整合建立成数字曲线图便于研究，从而对直流电源设备有更好的了解和完善。
参考文献：
[1]李精华. 用Protel DXP设计电路板的原理和方法 [J]. 西安航空技术高等專科学校学报 .2006年03期：20～22
[2]周兴华. AVR单片机入门及C语言高效设计实践 [J]. 电子世界 .2006年10期：54～55
[3]孙会丽. 浅谈纹波电压及纹波系数 [J]. 辽宁师专学报（自然科学版） .2009年4期：30+63
[4]程惠等. 电源纹波的测量及抑制 [J]. 电源技术 .2012年12期：1899-1900+1921