將高壓的220V電壓變壓成低壓交流信號；

一般通過電壓互感器將220V的電壓轉換為低壓交流信號，

電壓互感器的電路如下：

電壓互感器的規格為初級電流和次極電流的比值為1:1，上圖的電路中，初級的額定電流峰值為1.55mA，選擇電流比為1:1的是壓互感器，則次級電流=初級電流=1.55mA。

選擇250歐的採樣電阻，可以得到峰值為1.55V的電壓。

將低壓交流信號調理成可以輸入單片機進行A/D採樣的信號，

如果我們選擇目前最流行的Cortex-M0, Cortex-M3內核的處理器，比如STM32F051或者STM32F103處理器，其A/D轉換的輸入電壓範圍為0-3.3V。

而從電壓互感器得到的電壓為-1.55V～1.55V的交流信號。

可以選擇兩種計算方式，平均值和真有效值。

平均值通過計算電壓絕對值的平均值，換算出電壓的有效值。

而真有效值則是在一個週期內等間隔採樣Ｎ個點，根據真有效值的計算公式計算出電壓的真有效值。

通過計算平均值換算出有效值的方法僅適用於沒有高次諧波的正弦信號，而且精度和實時性都比較差。

計算平均值的電路比較簡單，最簡單的可以用一個橋式整波電路整成直流，再通過運放做放大以及阻抗變換，再輸入單片機的A/D輸入口。如下圖：

甚至有些簡易的電路，連運放都省了，通過橋式整流電路之後，簡單電阻分壓就輸入到Ａ/D輸入口。

講究一點的可能用下圖的精密絕對值的電路，將交流信號處理成正向的電壓信號。

對於採用真有效值計算方法的電路，則不需要進行整流或者絕對值變化，只需要將信號放大之後，將其直流電平抬升到最高電壓(如3.3V）的一半即可，如下圖：

電壓互感器輸出的信號經過U1A放大之後，再通過U1B與VR1進入疊加，將交流信號的直流偏置抬升到1.55V左右，使得交流信號的輸入範圍在0-3.3V之間，然後再輸入到A/D輸入口。

軟件算法：

對於平均值計算方法，軟件比較簡單，只需要在一定時間內，比如200ms時間內，採集若干個點，這若干個點再取算術平均，之後，再通過標定程序換算成有效值即可。

而對於真有值計算方法，則需要通過下述步驟：

配置一個定時器用於觸發A/D轉換，使得在市電的一個週期內等間隔採樣若干個點。比如20ms內採樣128個點，則將定時器的週期設置為156.25us，通過溢出中斷去觸發啟動A/D轉換。
當採集完一個數據之後，進行A/D轉換中斷，在中斷程序中計算，AD*AD的累加和，以及AD的累加和。
採集完一個市電週期（比如20ms）之後，將AD的平方和，即AD*AD的累加與和的平方做運算，算出AD的真有效值，再通過標定程序算出電壓的真有效值。
一個市電週期計算完成後，將平方的累加和的變量、AD的累加和的變量清零，進行下一個週期的計算。

IT自動化交流

通過單片機測量電壓，是將模擬量轉化為數字量，必須使用A/D（模數）轉換接口，大部分的單片機都會自帶A/D轉換接口（ADC接口），若使用的單片機沒有ADC接口，而且不想更換其它單片機，也可以使用A/D轉換芯片進行外擴，有SPI接口、數據總線接口等。

提問者要求測量220V交流電的電壓，具體實現方式有好幾種方法，其目的都是將220V高壓信號縮小降為滿足A/D採樣範圍的低壓信號，接入A/D接口進行A/D轉換。

▲交流電壓表表頭

（1）方法1：

直接採用高精度電阻分壓的方式進行降壓，然後經過差分運放（該差分運放的放大倍數為1），差分運放的主要作用是有跟隨器的作用，作為輸入的緩衝級，起到隔離緩衝作用（跟隨器輸入阻抗很大，輸出阻抗很小）。

後級接個RC電路進行濾波，消除紋波干擾，原理圖如下所示：

▲220V交流電壓採集原理圖1

如上圖，220V交流輸入，採用電阻分壓，由於交流電屬於正弦波，有負半周的波形，該半周的電壓為負值，所以必須將整體電壓進行抬高，所以上圖使用5V電壓串聯R145=4.7K的電阻將整體電壓進行抬高。

計算方法：先計算Q點的電壓，根據戴維寧定理分兩部分進行，當交流輸入為0時，Q點的電壓V1為5V根據電阻R145與R138//R141//R142的分壓，V1約1.5V左右；

當R145接地時，計算220V交流輸入時的電壓V2，V2約為0.68V左右，該電壓為交流電，最大值為0.68V×1.414≈0.96V，最小值為-0.96V；

所以V1與V2進行疊加之後的電壓為最小值為0.54V，最大值為2.44V的正弦波，頻率為50HZ。Q點的電壓經過差分跟隨器進行緩衝隔離，然後通過RC電路進行濾波，最後輸出接入單片機的AD採樣接口即可，基準源的電壓必須大於2.44V，可採用3V或3.3V等作為基準源。採樣頻率最好大於1KHZ，確保每個交流波形週期可以採到20個點以上，然後通過有效值計算，算出其有效值電壓，再減去疊加的偏置電壓，乘以電路縮小系數可得到220V交流電壓的有效值。

（2）方法2：

採用變壓互感器進行降壓，可得到低壓的交流信號，此方法交流與直流之間完全隔離，避免高壓損壞採樣電路，然後再接入有效值轉換芯片將交流信號轉化為直流信號，然後再接入單片機的AD採樣接口，將採樣得到的數字量根據AD採樣精度及參考電壓進行換算，再乘以硬件係數即可。