本發(fā)明涉及電子技術領域，尤其涉及單相電壓檢測技術領域，具體是指一種單相電壓同步信號檢測的系統(tǒng)及方法。

背景技術：

三相電壓間互差120°電角度，三相的中點即是電壓的零點。所以，利用比較器將每一相電壓相對于零點的變化做比較即可獲得三相電壓的同步信號。

但是對于單相正弦電壓而言，零線(N)并非是穩(wěn)定的零電平電位，而是隨著火線(L)和負載的大小而波動的。所以很難獲得與火線(L)的電平比較信號。

目前，常用的方法是將單相正弦電壓分壓后再抬升一個直流電平U₁，再將該抬升后的正弦信號與直流電平U₁做比較，從而獲得隨單相正負半波變化的方波同步信號。還有的是將單相正弦信號做全波精密整流之后與一個直流零電平比較，從獲得方波輸出的同步信號。但是上述方法在正弦信號過零點時存在明顯的抖動過程，導致比較器在正弦電壓過零點時多次輸出正負脈沖信號。從而導致所獲得的同步信號不夠準確，實際中運用效果不足。因此，有必要尋求一種高精度單相電壓同步信號檢測技術并運用于實際。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種能夠實現(xiàn)獲得高精度單相電壓同步信號的單相電壓同步信號檢測的系統(tǒng)及方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具有如下構成：

該單相電壓同步信號檢測的系統(tǒng)，包括：

電源控制模塊，用于所述的系統(tǒng)提供電源供應；

輸入電壓采樣模塊，用于將交流市電電壓轉換成1～2.5V內的交流信號；

運放調理模塊，用于將所述的輸入電壓采樣模塊輸出的交流信號進行差分放大和調理，輸出按正弦規(guī)律變化的交流信號；

微處理模塊，用于對所述的運放調理模塊輸出的交流信號進行AD采樣，并通過對采樣得到的信號進行比較和判斷，得到交流電壓的同步信號；

通信模塊，用于實現(xiàn)USB和串口之間的通信。

較佳地，所述的電源控制模塊包括開關型穩(wěn)壓芯片、三端線性穩(wěn)壓芯片、第一電源芯片、第二電源芯片、第二十八電容、第二十九電容、第三十電容、第三十一電容、第三十二電容、第三十三電容、第二電感、熔斷器、第二電感、第三十電阻、第四二極管和發(fā)光二極管，所述的開關型穩(wěn)壓芯片的輸入端分別與所述的第二十八電容的第一端和所述的第二十九電容的第一端相連接并接12V電壓，所述的開關型穩(wěn)壓芯片的開關端分別與所述的第二十八電容的第二端、所述的第二十九電容的第二端、所述的開關型穩(wěn)壓芯片的接地端、所述的第四二極管的正極、所述的第三十電容的第二端、所述的第三十一電容的第二端、所述的三端線性穩(wěn)壓芯片的調整端、所述的第三十二電容的第二端、所述的第三十三電容的第二端、發(fā)光二極管的負極、所述的第一電源芯片的第二端、所述的第一電源芯片的第四端、所述的第一電源芯片的第六端、所述的第二電源芯片的第二端、所述的第二電源芯片的第四端和所述的第二電源芯片的第六端相連接并接地，所述的開關型穩(wěn)壓芯片的輸出端分別與所述的第四二極管的負極和所述的第二電感的第一端相連接，所述的開關型穩(wěn)壓芯片的反饋端分別與所述的熔斷器的第一端和所述的第二電感的第二端相連接，所述的熔斷器的第二端分別與所述的第三十電容的第一端、所述的第三十一電容的第一端和所述的三端線性穩(wěn)壓芯片的輸入端相連接并接VCC，所述的三端線性穩(wěn)壓芯片地輸出端分別與所述的第三十二電容的第一端、所述的第三十三電容的第一端、所述的第三十電阻的第一端、所述的第二電源芯片的第一端、所述的第二電源芯片的第三端和所述的第二電源芯片的第五端相連接，所述的第三十電阻的第二端與所述的發(fā)光二極管的正極相連接，所述的第一電源芯片的第一端、所述的第一電源芯片的第三端、所述的第一電源芯片的第五端均接VCC。

較佳地，所述的輸入電壓采樣模塊包括第十八電阻、第十九電阻和第二十三電阻，所述的第十八電阻的第一端與所述的輸入電壓采樣模塊的電壓輸入端的正極相連接，所述的第十八電阻的第二端與所述的第十九電阻的第一端相連接，所述的第十九電阻的第二端與所述的第二十三電阻的第一端和所述的輸入電壓采樣模塊的電輸出壓端的正極相連接，所述的第二十三電阻的第二端分別與所述的輸入電壓采樣模塊的電壓輸入端的負極和所述的輸入電壓采樣模塊的電壓輸出端的負極相連接。

較佳地，所述的運放調理模塊包括第十六電阻、第十七電阻、第二十電阻、第二十一電阻、第二十二電阻、第二十四電阻、第二十七電阻、第五二極管、第六二極管、第二十三電容、第一運算放大器和第二運算放大器，所述的第一運算放大器的同相輸入端分別與所述的第十六電阻的第二端、所述的第十七電阻的第一端和所述的第二十一電阻的第二端相連接，所述的第十六電阻的第一端與所述的運放調理模塊的－BUS端相連接，所述的第十七電阻的第二端接VCC，所述的第二十一電阻的第一端與所述的輸入電壓采樣模塊的電壓輸出端的正極相連接，所述的第一運算放大器的反相輸入端分別與所述的第二十四電阻的第二端、所述的第二十七電阻的第一端相連接，所述的第二十四電阻的第一端與所述的輸入電壓采樣模塊的電壓輸出端的負極相連接，所述的第二十七電阻的第二端分別與所述的第一運算放大器的輸出端和所述的第二十電阻的第一端相連接，所述的第一運算放大器的正電源端接VCC，所述的第一運算放大器的負電源端接地，所述的第二十電阻的第二端分別與所述的第二十三電容的第一端和所述的第二運算放大器的同相輸入端相連接，所述的第二十三電容的第二端接地，所述的第二運算放大器的反相輸入端分別與所述的第二運算放大器的輸出端和所述的第二十二電阻的第一端相連接，所述的第二十二電阻的第二端分別與所述的第五二極管的負極、所述的第六二極管的正極和所述的運放調理模塊的輸出端相連接，所述的第五二極管的正極接地，所述的第六二極管的負極接3.3V電壓。

較佳地，所述的微處理模塊包括微處理芯片、第一晶振、第二晶振、第一二極管、第二二極管、第三電容、第四電容、第五電容、第六電容、第七電容、第八電容、第九電容、第二電阻、第三電阻、第一電感和變壓器，所述的微處理芯片的OSC_IN/PD0端分別與所述的第二電阻的第一端、所述的第一晶振的第一端和所述的第三電容的第一端相連接，所述的第二電阻的第二端分別與所述的微處理芯片的OSC_OUT/PD1端、所述的第一晶振的第二端和所述的第四電容的第一端相連接。所述的第四電容的第二端與所述的第三電容的第二端相連接并接地，所述的微處理芯片的VBAT端分別與所述的第一二極管的負極和所述的第二二極管的負極相連接，所述的第一二極管的正極接3.3V電壓，所述的第二二極管的正極分別與所述的第五電容的第二端和所述的變壓器的第四端相連接并接地，所述的第五電容的第一端分別與所述的第三電阻的第二端和所述的變壓器的第一端相連接并接復位信號，所述的第三電阻的第一端接3.3V電壓，所述的微處理芯片的VDD_1端分別與所述的微處理芯片的VDD_2端、所述的微處理芯片的VDD_3端、所述的微處理芯片的VDD_4端和所述的第一電感的第一端相連接并接3.3V電壓，所述的第一電感的第二端分別與所述的第八電容的第一端、所述的第九電容的第一端和所述的微處理芯片的VDDA端相連接，所述的第八電容的第二端與所述的第九電容的第二端相連接并接地，所述的微處理芯片的VSS_1端分別與所述的微處理芯片的VSS_2端、所述的微處理芯片的VSS_3端、所述的微處理芯片的VSS_4端和所述的微處理芯片的VSSA端相連接并接地，所述的微處理芯片的PC14-OSC32_IN端分別與所述的第二晶振的第二端和所述的第七電容的第一端相連接，所述的第七電容的第二端與所述的第六電感的第二端相連接并接地，所述的第六電感的第一端分別與所述的第二晶振的第一端和所述的微處理芯片的PC15-OSC32_OUT端相連接。

更佳地，所述的微處理模塊還包括顯示單元，用以顯示電壓采樣值和輸出單相電壓同步信號，所述的顯示單元與所述的微處理芯片相連接。

較佳地，所述的通信模塊包括通信芯片、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第三二極管、NPN型三極管、PNP型三極管、第十電容、第十一電容、第十二電容、第十三電容、第二十二電容和第三晶振，所述的通信芯片的TDX端接TDX信號，所述的通信芯片的DTR_N端分別與所述的第六電阻的第二端和所述的第五電阻的第二端相連接，所述的第五電阻的第一端與所述的第四電阻的第二端相連接，所述的第四電阻的第一端分別與所述的第三二極管的負極和所述的NPN型三極管的集電極相連接，所述的第三二極管的正極接復位信號，所述的第六電阻的第一端與所述的NPN型三極管的基極相連接，所述的NPN型三極管的發(fā)射極分別與所述的第七電阻的第二端、所述的第八電阻的第二端和所述的通信芯片的RTS_N端相連接，所述的第七電阻的第一端與所述的PNP型三極管的發(fā)射極相連接并接3.3V電壓，所述的PNP型三極管的基極與所述的第八電阻的第一端相連接，所述的PNP型三極管的集電極與所述的第十電阻的第一端相連接，所述的第十電阻的第二端接BOOT0信號，所述的通信芯片的VDD_232端與所述的第十電容的第二端相連接，所述的第十電容的第一端接地，所述的通信芯片的RXD端接RXD信號，所述的通信芯片的第一GND端與所述的第十三電容的第二端相連接并接地，所述的第十三電容的第一端與所述的通信芯片的第一VDD端相連接并接VCC，所述的通信芯片的OSC1端分別與所述的第三晶振的第二端和所述的第十二電容的第一端相連接，所述的第三晶振的第二端分別與所述的第十一電容的第一端和所述的通信芯片的OSC2端相連接，所述的第十一電容的第二端分別與所述的第十二電容的第二端、所述的通信芯片的PLL_TEST端、所述的通信芯片的GND_PLL端、所述的通信芯片的第二GND端、所述的通信芯片的GND_3V3端和所述的第二十二電容的第二端相連接并接地，所述的第二十二電容的第一端與所述的通信芯片的VDD_3V3端相連接，所述的通信芯片的VDD_PLL端接VCC，所述的通信芯片的LD_MODE端分別與所述的通信芯片的TRI_MODE端和所述的第九電阻的第一端相連接，所述的第九電阻的第二端接VCC，所述的通信芯片的第二VDD端與所述的通信芯片的RESET端相連接并接VCC，所述的通信芯片的DM端接D－信號，所述的通信芯片的DP端接D+信號。

還包括一種通過上述系統(tǒng)實現(xiàn)單相電壓同步信號檢測的方法，包括以下步驟：

(1)將所述的系統(tǒng)初始化；

(2)判斷是否有電壓輸入，如果是，則繼續(xù)步驟(4)，否則，繼續(xù)步驟(3)；

(3)系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)，繼續(xù)步驟(2)；

(4)實時采樣ADC引腳上的電壓；

(5)判斷是否滿足V₁＞V₂且V₀≥V₂，或V₄＞V₃且V₄≥V₀，如果是，繼續(xù)步驟(6)，否則，繼續(xù)步驟(4)，其中，V₁和V₂分別為正弦電壓單調遞減的過程中前一時刻的電壓值和后一時刻的電壓值，V₃和V₄分別為正弦電壓單調遞增的過程中前一時刻的電壓值和后一時刻的電壓值，V₀為正弦電壓的零點電壓；

(6)將當前信號判定為單相電壓同步信號并將該電壓IO口或串口輸出；

(7)判斷所述的系統(tǒng)是否需要停止，如果是，則停止工作，否則，繼續(xù)步驟(3)。

采用了該發(fā)明中的單相電壓同步信號檢測的系統(tǒng)及方法，本發(fā)明為獲得高精度的單相電壓同步信號，結合硬件和軟件的優(yōu)勢，實現(xiàn)高精度同步信號的檢測和輸出、方便同步信號與其他主控制器通信。利用精密運放OPA2350實現(xiàn)交流信號的調理，利用高性能微處理器STM32實現(xiàn)對交流信號的采樣、比較和判斷，輸出高精度的電壓同步信號。對于標準正弦電壓而言，所獲得的電壓同步信號的絕對精度為2/(m*10⁶)，其中m為主控制STM32的ADC采樣頻率，單位為MHz。對非標準正弦波，如在電壓“過零點”產生抖動的情況，根據程序的定時計數、比較和判斷也能使得所獲得的同步信號絕對精度在3/(m*10⁶)以內。因為直流正弦信號取自電網，而電網電壓是相對比較穩(wěn)定的，即使有波動和諧波，也主要對波峰和波谷影響較大，對于電壓過零點的影響相對較小甚至可以忽略不計；該檢測電路及其檢測方法對輸入50Hz的正弦信號直接采樣比較和判斷，在忽略正弦電壓波動對小信號電壓“過零點”的影響的情況下獲得的電壓同步信號絕對精度高達2/(m*10⁶)。即使電網電壓波動，根據程序設計，增加高級定時器和濾波功能，依然能實現(xiàn)同步信號絕對精度在3/(m*10⁶)范圍以內。從而實現(xiàn)了一種基于MOSFET控制的高精度單相電壓同步信號檢測電路。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的單相電壓同步信號檢測的系統(tǒng)的框圖。

圖2為本發(fā)明的單相電壓同步信號檢測的系統(tǒng)及方法電源控制模塊的電路圖。

圖3為本發(fā)明的單相電壓同步信號檢測的系統(tǒng)及方法輸入電壓采樣模塊的電路圖。

圖4為本發(fā)明的單相電壓同步信號檢測的系統(tǒng)及方法運放調理模塊的電路圖。

圖5為本發(fā)明的單相電壓同步信號檢測的系統(tǒng)及方法微處理模塊的電路圖。

圖6為本發(fā)明的單相電壓同步信號檢測的系統(tǒng)及方法通信模塊的電路圖。

圖7為本發(fā)明的單相電壓同步信號檢測的系統(tǒng)及方法的單相正弦電壓波形信號及其生成同步信號的原理示意圖。

圖8為本發(fā)明的單相電壓同步信號檢測的系統(tǒng)及方法正弦變化直流電壓同步信號檢測、比較和判斷的原理示意圖。

圖9為本發(fā)明的單相電壓同步信號檢測的方法的流程圖。

具體實施方式

為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術內容，下面結合具體實施例來進行進一步的描述。

該單相電壓同步信號檢測的系統(tǒng)，包括：

電源控制模塊，用于所述的系統(tǒng)提供電源供應；

輸入電壓采樣模塊，用于將交流市電電壓轉換成1～2.5V內的交流信號；

運放調理模塊，用于將所述的輸入電壓采樣模塊輸出的交流信號進行差分放大和調理，輸出按正弦規(guī)律變化的交流信號；

微處理模塊，用于對所述的運放調理模塊輸出的交流信號進行AD采樣，并通過對采樣得到的信號進行比較和判斷，得到交流電壓的同步信號；

通信模塊，用于實現(xiàn)USB和串口之間的通信。

在一種較佳的實施方式中，所述的電源控制模塊包括開關型穩(wěn)壓芯片、三端線性穩(wěn)壓芯片、第一電源芯片、第二電源芯片、第二十八電容、第二十九電容、第三十電容、第三十一電容、第三十二電容、第三十三電容、第二電感、熔斷器、第二電感、第三十電阻、第四二極管和發(fā)光二極管，所述的開關型穩(wěn)壓芯片的輸入端分別與所述的第二十八電容的第一端和所述的第二十九電容的第一端相連接并接12V電壓，所述的開關型穩(wěn)壓芯片的開關端分別與所述的第二十八電容的第二端、所述的第二十九電容的第二端、所述的開關型穩(wěn)壓芯片的接地端、所述的第四二極管的正極、所述的第三十電容的第二端、所述的第三十一電容的第二端、所述的三端線性穩(wěn)壓芯片的調整端、所述的第三十二電容的第二端、所述的第三十三電容的第二端、發(fā)光二極管的負極、所述的第一電源芯片的第二端、所述的第一電源芯片的第四端、所述的第一電源芯片的第六端、所述的第二電源芯片的第二端、所述的第二電源芯片的第四端和所述的第二電源芯片的第六端相連接并接地，所述的開關型穩(wěn)壓芯片的輸出端分別與所述的第四二極管的負極和所述的第二電感的第一端相連接，所述的開關型穩(wěn)壓芯片的反饋端分別與所述的熔斷器的第一端和所述的第二電感的第二端相連接，所述的熔斷器的第二端分別與所述的第三十電容的第一端、所述的第三十一電容的第一端和所述的三端線性穩(wěn)壓芯片的輸入端相連接并接VCC，所述的三端線性穩(wěn)壓芯片地輸出端分別與所述的第三十二電容的第一端、所述的第三十三電容的第一端、所述的第三十電阻的第一端、所述的第二電源芯片的第一端、所述的第二電源芯片的第三端和所述的第二電源芯片的第五端相連接，所述的第三十電阻的第二端與所述的發(fā)光二極管的正極相連接，所述的第一電源芯片的第一端、所述的第一電源芯片的第三端、所述的第一電源芯片的第五端均接VCC。

在一種較佳的實施方式中，所述的輸入電壓采樣模塊包括第十八電阻、第十九電阻和第二十三電阻，所述的第十八電阻的第一端與所述的輸入電壓采樣模塊的電壓輸入端的正極相連接，所述的第十八電阻的第二端與所述的第十九電阻的第一端相連接，所述的第十九電阻的第二端與所述的第二十三電阻的第一端和所述的輸入電壓采樣模塊的電輸出壓端的正極相連接，所述的第二十三電阻的第二端分別與所述的輸入電壓采樣模塊的電壓輸入端的負極和所述的輸入電壓采樣模塊的電壓輸出端的負極相連接。

在一種較佳的實施方式中，所述的運放調理模塊包括第十六電阻、第十七電阻、第二十電阻、第二十一電阻、第二十二電阻、第二十四電阻、第二十七電阻、第五二極管、第六二極管、第二十三電容、第一運算放大器和第二運算放大器，所述的第一運算放大器的同相輸入端分別與所述的第十六電阻的第二端、所述的第十七電阻的第一端和所述的第二十一電阻的第二端相連接，所述的第十六電阻的第一端與所述的運放調理模塊的－BUS端相連接，所述的第十七電阻的第二端接VCC，所述的第二十一電阻的第一端與所述的輸入電壓采樣模塊的電壓輸出端的正極相連接，所述的第一運算放大器的反相輸入端分別與所述的第二十四電阻的第二端、所述的第二十七電阻的第一端相連接，所述的第二十四電阻的第一端與所述的輸入電壓采樣模塊的電壓輸出端的負極相連接，所述的第二十七電阻的第二端分別與所述的第一運算放大器的輸出端和所述的第二十電阻的第一端相連接，所述的第一運算放大器的正電源端接VCC，所述的第一運算放大器的負電源端接地，所述的第二十電阻的第二端分別與所述的第二十三電容的第一端和所述的第二運算放大器的同相輸入端相連接，所述的第二十三電容的第二端接地，所述的第二運算放大器的反相輸入端分別與所述的第二運算放大器的輸出端和所述的第二十二電阻的第一端相連接，所述的第二十二電阻的第二端分別與所述的第五二極管的負極、所述的第六二極管的正極和所述的運放調理模塊的輸出端相連接，所述的第五二極管的正極接地，所述的第六二極管的負極接3.3V電壓。

在一種較佳的實施方式中，所述的微處理模塊包括微處理芯片、第一晶振、第二晶振、第一二極管、第二二極管、第三電容、第四電容、第五電容、第六電容、第七電容、第八電容、第九電容、第二電阻、第三電阻、第一電感和變壓器，所述的微處理芯片的OSC_IN/PD0端分別與所述的第二電阻的第一端、所述的第一晶振的第一端和所述的第三電容的第一端相連接，所述的第二電阻的第二端分別與所述的微處理芯片的OSC_OUT/PD1端、所述的第一晶振的第二端和所述的第四電容的第一端相連接。所述的第四電容的第二端與所述的第三電容的第二端相連接并接地，所述的微處理芯片的VBAT端分別與所述的第一二極管的負極和所述的第二二極管的負極相連接，所述的第一二極管的正極接3.3V電壓，所述的第二二極管的正極分別與所述的第五電容的第二端和所述的變壓器的第四端相連接并接地，所述的第五電容的第一端分別與所述的第三電阻的第二端和所述的變壓器的第一端相連接并接復位信號，所述的第三電阻的第一端接3.3V電壓，所述的微處理芯片的VDD_1端分別與所述的微處理芯片的VDD_2端、所述的微處理芯片的VDD_3端、所述的微處理芯片的VDD_4端和所述的第一電感的第一端相連接并接3.3V電壓，所述的第一電感的第二端分別與所述的第八電容的第一端、所述的第九電容的第一端和所述的微處理芯片的VDDA端相連接，所述的第八電容的第二端與所述的第九電容的第二端相連接并接地，所述的微處理芯片的VSS_1端分別與所述的微處理芯片的VSS_2端、所述的微處理芯片的VSS_3端、所述的微處理芯片的VSS_4端和所述的微處理芯片的VSSA端相連接并接地，所述的微處理芯片的PC14-OSC32_IN端分別與所述的第二晶振的第二端和所述的第七電容的第一端相連接，所述的第七電容的第二端與所述的第六電感的第二端相連接并接地，所述的第六電感的第一端分別與所述的第二晶振的第一端和所述的微處理芯片的PC15-OSC32_OUT端相連接。

在一種更佳的實施方式中，所述的微處理模塊還包括顯示單元，用以顯示電壓采樣值和輸出單相電壓同步信號，所述的顯示單元與所述的微處理芯片相連接。

在一種較佳的實施方式中，所述的通信模塊包括通信芯片、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第三二極管、NPN型三極管、PNP型三極管、第十電容、第十一電容、第十二電容、第十三電容、第二十二電容和第三晶振，所述的通信芯片的TDX端接TDX信號，所述的通信芯片的DTR_N端分別與所述的第六電阻的第二端和所述的第五電阻的第二端相連接，所述的第五電阻的第一端與所述的第四電阻的第二端相連接，所述的第四電阻的第一端分別與所述的第三二極管的負極和所述的NPN型三極管的集電極相連接，所述的第三二極管的正極接復位信號，所述的第六電阻的第一端與所述的NPN型三極管的基極相連接，所述的NPN型三極管的發(fā)射極分別與所述的第七電阻的第二端、所述的第八電阻的第二端和所述的通信芯片的RTS_N端相連接，所述的第七電阻的第一端與所述的PNP型三極管的發(fā)射極相連接并接3.3V電壓，所述的PNP型三極管的基極與所述的第八電阻的第一端相連接，所述的PNP型三極管的集電極與所述的第十電阻的第一端相連接，所述的第十電阻的第二端接BOOT0信號，所述的通信芯片的VDD_232端與所述的第十電容的第二端相連接，所述的第十電容的第一端接地，所述的通信芯片的RXD端接RXD信號，所述的通信芯片的第一GND端與所述的第十三電容的第二端相連接并接地，所述的第十三電容的第一端與所述的通信芯片的第一VDD端相連接并接VCC，所述的通信芯片的OSC1端分別與所述的第三晶振的第二端和所述的第十二電容的第一端相連接，所述的第三晶振的第二端分別與所述的第十一電容的第一端和所述的通信芯片的OSC2端相連接，所述的第十一電容的第二端分別與所述的第十二電容的第二端、所述的通信芯片的PLL_TEST端、所述的通信芯片的GND_PLL端、所述的通信芯片的第二GND端、所述的通信芯片的GND_3V3端和所述的第二十二電容的第二端相連接并接地，所述的第二十二電容的第一端與所述的通信芯片的VDD_3V3端相連接，所述的通信芯片的VDD_PLL端接VCC，所述的通信芯片的LD_MODE端分別與所述的通信芯片的TRI_MODE端和所述的第九電阻的第一端相連接，所述的第九電阻的第二端接VCC，所述的通信芯片的第二VDD端與所述的通信芯片的RESET端相連接并接VCC，所述的通信芯片的DM端接D－信號，所述的通信芯片的DP端接D+信號。

還包括一種通過上述系統(tǒng)實現(xiàn)單相電壓同步信號檢測的方法，包括以下步驟：

(1)將所述的系統(tǒng)初始化；

(2)判斷是否有電壓輸入，如果是，則繼續(xù)步驟(4)，否則，繼續(xù)步驟(3)；

(3)系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)，繼續(xù)步驟(2)；

(4)實時采樣ADC引腳上的電壓；

(5)判斷是否滿足V₁＞V₂且V₀≥V₂，或V₄＞V₃且V₄≥V₀，如果是，繼續(xù)步驟(6)，否則，繼續(xù)步驟(4)，其中，V₁和V₂分別為正弦電壓單調遞減的過程中前一時刻的電壓值和后一時刻的電壓值，V₃和V₄分別為正弦電壓單調遞增的過程中前一時刻的電壓值和后一時刻的電壓值，V₀為正弦電壓的零點電壓；

(6)將當前信號判定為單相電壓同步信號并將該電壓IO口或串口輸出；

(7)判斷所述的系統(tǒng)是否需要停止，如果是，則停止工作，否則，繼續(xù)步驟(3)。

在一種具體的實施方式中，如圖1所示，主要由控制部分電源電路、AC輸入電壓采樣電路、運放調理電路、USB—串口通信和微處理器STM32等電路組成。所述單相交流電壓經過電阻分壓后經過差分放大器將交流信號放大和調理，同時利用電阻分壓將運放的同相輸入端抬升一個電壓U_x，以此獲得的交流信號為以U_x為零點而在正電壓范圍內變化。將此經過運放調理電路的正弦信號和電壓基準U_x輸入微處理器STM32的高速ADC采樣端口。所述USB—串口通信電路采用PL2303通信芯片；所述微處理器STM32通過高速ADC轉換器將實時采樣輸入電壓；所述控制部分電源電路為整體控制系統(tǒng)提供電源供應。

所述AC輸入電壓采樣電路由精密電阻分壓或精密型電壓互感器將交流市電電壓轉換成1～2.5V以內的交流小信號。

所述運放調理電路，采用OPA2350雙通道精密運算放大器，該精密運放為軌對軌輸入和輸出，輸出誤差小于10mV，帶寬高達38MHz，響應速度極快，輸出噪聲低至5nV/Hz。利用運放OPA2350將輸入的交流小信號進行差分放大，同時將信號零點抬升U_x，并經后級電壓跟隨器調理，從而獲得0～3.3V范圍內按正弦規(guī)律變化的電壓信號。

所述微處理器STM32直接接收來自信號調理電路的交流小信號，并進行高速AD采樣，對采樣得到的信號與U_x進行比較、判斷，從而獲得交流信號的“過零點”，該“過零點”可以為芯片內部使用，也可以通過微處理器串口輸出或IO口輸出，即得到交流電壓的同步信號。

所述的微處理器STM32系統(tǒng)電路還包括2.8寸的TFT液晶顯示器接口，方便人機交互和顯示電壓同步信號精度等系統(tǒng)信息。

所述USB—串口通信電路采用PL2303通信芯片，PL2303是一種高度集成的RS232-USB接口轉換器，可提供RS232全雙工異步串行通信轉置與USB功能接口便于連接的解決方案。PL2303內置USB功能控制器，USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調制解調器控制信號的UART，只需要在外部連接幾個電容即可實現(xiàn)USB信號與RS232信號的轉換。PL2303的通信波特高達6Mb/s，是一種低功耗器件，能高度兼容多數操作系統(tǒng)，并且兼容3～5V電源工作和輸出。利用PL2303實現(xiàn)STM32和上位機或其他微處理器的通信，將來自STM32的傳輸數據發(fā)送到上位機或其他微處理器，并接收上位機或其他微處理器的指令或信號。

所述電源電路，采用的芯片為LM2575-5V和AMS1117-3.3V，其中LM2575系列開關型穩(wěn)壓器可以完美替代三端線性穩(wěn)壓器，且能獲得更高的效率，散熱更低。該系列穩(wěn)壓器使用簡單，只需使用最少的外部元件即可獲得穩(wěn)定的電壓輸出，同時該系列芯片還兼具保護功能，包括逐周期電流限制和熱故障條件下的自動斷電保護等。AMS1117為低壓差型三端線性穩(wěn)壓器，最大輸出電流可大1A，輸出電壓誤差僅為1.5％。采用線性穩(wěn)壓器提供3.3V電壓，能為主控制器STM32提供更加穩(wěn)定的工作電壓，同時便于為ADC采樣提供電壓基準。該電源控制電路將由外部輸入端的12V電源經過LM2575開關轉換芯片轉換成5V電源，5V電源為工作于5V電壓的器件供電的同時也為3.3V線性穩(wěn)壓器AMS1117提供電能。

所述單相電壓同步信號檢測電路還可以將實時采樣回來的電壓信號做積分處理以獲得交流電壓的有效值。

所述的單相電壓同步信號檢測電路及其檢測方法基礎是電路的設計，實現(xiàn)將交流信號轉換調理成正弦變化的直流信號，并提供電源和通信電路等，關鍵在基于主控制器STM32的程序設計中對采集回來的信號做濾波、比較和判斷，進而獲得所要求的同步信號，同時微處理器STM32還能實現(xiàn)多種運算功能，如將實時采集到的電壓信號做積分運算以獲得電壓的有效值等。

在一種更具體的實施方式中，本發(fā)明主要由供電電源，單相正弦電壓取樣電路、交流小信號放大和調理電路、基于STM32的微處理器控制電路和USB—串口通信電路組成。

所述供電電源，如圖2所示，為整個系統(tǒng)的器件提供電能，其外部輸入為12V直流電壓，經過開關型穩(wěn)壓芯片LM2575輸出5V直流電壓。同時，5V直流電源經過低壓差線性三端線性穩(wěn)壓器AMS1117能獲得精度和穩(wěn)定性更高的3.3V電源。

所述單相正弦電壓取樣電路，如圖3所示，通過電阻分壓或精密電壓互感器從交流市電取得交流小信號。根據信號調理電路和采樣芯片輸入電壓范圍的限制，選定精密電阻分壓和電壓互感器以獲得波動范圍在1.5V(2.5-1)以內的交流小信號。

所述交流小信號放大和調理電路，如圖4所示，將輸入的波動范圍在1.5V以內的交流小信號輸入精密運算放大器OPA2350中，且利用電阻分壓將運放的同相輸入端電壓抬升一個電壓U_x，根據輸入電壓的采樣范圍，本發(fā)明中選擇U_x＝3.3/2＝1.65V。經過電壓抬升的輸入信號變化范圍在1～2.5V之間，即輸入運放的電壓范圍。運放OPA2350對輸入的直流正弦變化信號做稍微的放大之后電壓變化范圍在0～3.3V之間，后級運放做為電壓跟隨器對信號做進一步的處理，以減小由此帶來的直流電流對輸入信號采樣的影響。為保證輸出的電壓變化范圍不超過3.3V，輸出電壓做了限壓保護。

所述基于STM32的微處理器控制電路，如圖5所示，主要實現(xiàn)將輸入的直流正弦變化電壓經AD采樣后與基準電壓U_x作比較、判斷，從而獲得單相電壓的同步信號。該同步信號可以通過IO口直接輸出，也可以通過上述基于PL2303的USB—串口通信電路輸出。同時利用STM32的強大功能，還可以將采集到的電壓信號做進一步運算可以得到輸入電壓的有效值。STM32系統(tǒng)電路還帶有TFT液晶顯示器，能方便顯示電壓采樣值和輸出單相電壓同步信號實現(xiàn)人機交互。

所述基于PL2303的USB—串口通信電路，如圖6所示，主要實現(xiàn)微處理器STM32和上位機或其他微處理之間的通信。如圖5所示，通過PL2303可以將采集到的同步信號輸出，也可以將經過AD轉換之后的數字信號或電壓有效值傳送到上位機或其他微處理器，便于整個系統(tǒng)的控制。同時該USB—串口通信電路還可以提供STM32的程序下載接口，免去連接JTAG的麻煩，圖5下方的左小圖為STM32的軟件下載JLINK連接方式，為標準接口，且引腳上有標注，跟微處理器STM32引腳標注相同即為連接在一起的。該處應不在權利保護范圍內。圖5下方右小圖的電容為連接在電源正負極之間，其具體擺放位置根據畫PCB板的時候具體安排。

上述所述電路最為關鍵的是，STM32F103系列單片機功能強大，性價比極高，通過一個微處理器和簡易外圍電路即可獲得高精度的單相電壓同步信號。

如圖7所示，為單相正弦電壓及所對應的電壓同步信號示意圖，對于單相正弦電壓，其所對應的同步信號如圖下方所示。若單相正弦電壓為正半波，則輸出為正電壓方波，若單相正弦電壓處于負半波，則輸出為零電壓，由此得到的頻率為50Hz、占空比為50％的方波同步信號。依此所述，本發(fā)明的電路工作過程，第一、將市電220V的交流信號用電阻分壓或精密電壓互感器得到波動范圍在1.5V以內的交流小信號。第二、利用精密運算放大器將輸入的交流小信號整體抬升1.65V，其中電阻R16和R17為高精密電阻，以從VCC及3.3V中獲得更加精準度的1.65V電壓。對輸入的直流正弦信號經差分放大器放大到0～3.3V之間，電阻R20和電容C23可以構成RC濾波器，其中C23的大小直接決定著輸入交流信號的移相大小，需根據實際應用場合選擇該電容的大小。對于對同步信號精度要求不高的場合可以選擇C23電容值大些，從而獲得更加平滑的直流正弦信號；對于對同步信號精度要求很高的場合，C23電容值選擇小些，甚至可以去掉C23，通過軟件判斷從而輸出高精度的單相電壓同步信號。精密運算放大電路的后級運放只做電壓跟隨器，起到對信號進行調理的作用，只輸出電壓信號，便于微處理器STM32直接采樣。第三、由運放輸出的正弦變化的直流電壓信號輸入到STM32的高速ADC引腳中，STM32系統(tǒng)供電電壓為3.3V、ADC模塊為12位有效值，即3.3V的時候ADC模塊采樣值為4095，本發(fā)明以1.65V為同步信號采樣的過零點基準，該基準的ADC采樣值為2047，微處理器STM32對該引腳上的電壓進行實時采樣，并與電壓基準1.65V的12位ADC采樣值作比較和判斷，從而輸出高精度的正弦電壓同步信號。

如圖8所示，直流電壓以U_x為“零點”做正弦變化，本發(fā)明中U_x＝1.65V。正常情況下，半周期內電壓“過零點””只有一個點，所以只需連續(xù)采集兩個點的AD值，通過比較即可判斷出電壓同步信號。例如在電壓從正半周向下變化的過程中連續(xù)采集兩個點的數據t₁、t₂，假設t₀為U_x＝1.65V采集到的AD值，有如下判斷：若t₁＞t₂且t₀≥t₂，則在t₂時刻獲得單相電壓的同步信號。同理，對于電壓從負半周向上變化的過程中連續(xù)采集兩個點的數據t₃、t₄，若t₃＜t₄且t₀≤t₄，則在t₄時刻獲得單相電壓的同步信號。對于正弦電壓過零點有抖動的非正常情況下，需連續(xù)采集三個點的AD值，并結合系統(tǒng)高級定時器(非看門狗定時器)加以比較、判斷，若在某時刻電壓過零點處過于抖動則可以以系統(tǒng)高級定時器為基準正常輸出50Hz正弦方波，待電壓穩(wěn)定后繼續(xù)以電路檢測、比較和判斷為基礎輸出同步信號。以正常情況下電壓同步信號采集、比較和判斷為例，進一步說明。

如圖9所示，首先系統(tǒng)初始化，開啟實時ADC功能，然后檢測相應的ADC引腳上的電壓，若無電壓輸入則系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，若有電壓輸入則實時采集相應引腳上的AD值，并在主程序中對采集的數據加以比較，若V₁＞V₂且V₀≥V₂或V₄＞V₃且V₄≥V₀時，則可以確定檢測到單相電壓同步信號，系統(tǒng)可以通過IO口或串口輸出同步信號，然后在未收到停止或休眠指令前依此循環(huán)檢測輸出同步信號。

本發(fā)明利用高性能，高性價比微處理STM32，結合硬件和軟件優(yōu)勢實現(xiàn)了利用傳統(tǒng)方法上難以獲得的高精度單相電壓同步信號，具有較大的實際應用價值和優(yōu)勢。

采用了該發(fā)明中的單相電壓同步信號檢測的系統(tǒng)及方法，本發(fā)明為獲得高精度的單相電壓同步信號，結合硬件和軟件的優(yōu)勢，實現(xiàn)高精度同步信號的檢測和輸出、方便同步信號與其他主控制器通信。利用精密運放OPA2350實現(xiàn)交流信號的調理，利用高性能微處理器STM32實現(xiàn)對交流信號的采樣、比較和判斷，輸出高精度的電壓同步信號。對于標準正弦電壓而言，所獲得的電壓同步信號的絕對精度為2/(m*10⁶)，其中m為主控制STM32的ADC采樣頻率，單位為MHz。對非標準正弦波，如在電壓“過零點”產生抖動的情況，根據程序的定時計數、比較和判斷也能使得所獲得的同步信號絕對精度在3/(m*10⁶)以內。因為直流正弦信號取自電網，而電網電壓是相對比較穩(wěn)定的，即使有波動和諧波，也主要對波峰和波谷影響較大，對于電壓過零點的影響相對較小甚至可以忽略不計；該檢測電路及其檢測方法對輸入50Hz的正弦信號直接采樣比較和判斷，在忽略正弦電壓波動對小信號電壓“過零點”的影響的情況下獲得的電壓同步信號絕對精度高達2/(m*10⁶)。即使電網電壓波動，根據程序設計，增加高級定時器和濾波功能，依然能實現(xiàn)同步信號絕對精度在3/(m*10⁶)范圍以內。從而實現(xiàn)了一種基于MOSFET控制的高精度單相電壓同步信號檢測電路。

在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。