面向智慧农业系统的经济高效电压电流传感技术：实现精准电能质量监测与预测性维护

本文推荐一款专为智慧农业设计的低成本、即插即用型电压电流传感装置。该装置采用频率补偿差分电压传感（带宽达1 MHz）与非侵入式电流传感（基于SCT-013），结合高速ADC（AD7380, 4 MSPS）与蜂窝物联网（IoT）连接（Particle Boron），支持高精度电能质量分析、谐波估计（THD）及远程设备健康监测，为农业电机系统（如灌溉泵、通风风扇）提供高性价比的预测性维护解决方案。

　　

亮点（Highlights）

• 精密电压传感：采用频率补偿分压器与仪表放大器（AD8421）及ADC缓冲器（ADA4807）组合，实现高达1 MHz的带宽测量，支持A类精度，显著优于现有低成本方案。

• 真差分传感：支持线间差分测量（而非常规线-中性点测量），提升逆变器供电系统中的测量准确性，适用于正弦及畸变电流环境。

• 优化电流传感：基于SCT-013分芯电流互感器（CT），通过改进模拟前端与调理策略克服典型精度限制，提供非侵入式、高性价比解决方案。

• 简化模拟前端：采用双电源供电（TPS65133）为所有模拟元件供电，无需多级偏置，提升信号完整性。

• 实时物联网连接：集成Particle Boron模块，支持LTE Cat M1连接与云平台集成，实现远程田间设备监测与数据分析。

• 高速ADC支持：采用AD7380 16位ADC（采样率4 MSPS），通过32 MHz SPI接口实现高保真电压信号数字化，精准捕获PWM环境中的快速电压瞬变。

• 易于部署：设计轻便、即插即用，适合非专业用户（如农民、小型运营商）安全接入现有电力系统，无需重新布线或专业技术知识。

系统架构（System architecture）

所提出的高层系统拓扑结构（如图1所示）概述了架构中的关键组件与信号流。系统包含三个电压与三个电流传感模块，支持全三相数据采集。电压信号通过32 MHz SPI接口由高速外部ADC（AD7380）采样，而电流通道则利用Boron内置ADC进行采集。

结果与讨论（Results and Discussion）

本节展示所述物联网电能监测装置的实验验证与性能评估。重点评估模拟前端的精度、高速ADC接口可实现的数据吞吐量，以及系统在真实工况下捕获高频电压电流信号的能力。结果结合理论预期进行分析，并讨论硬件实现中遇到的实际限制。

结论（Conclusion）

所提出的架构支持高保真差分电压传感与非侵入式电流测量，能够准确诊断真实运行条件下感应电机的性能。这对于评估灌溉系统中常用固定转速电机的启动行为、负载波动及长期电能质量尤为宝贵。通过高分辨率捕获电压电流波形，系统有助于深入分析……