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课题研究论文 单片机开发 组长：郑宏伟 组员：史若楠 侯闳耀 刘涛 王正尧 祁泽华 ? 本系统采用8031单片机实现电力参数的交流采样。通过LED显示器显示频率、电压、电流的实时值，在过压30%、欠压30%时进行声光报警，并能定时打印电压、电流及频率值。实践证明，采用交流采样方法进行数据采集，获得的电压、电流、有功功率、功率因数等电力参数有着较好的精确度和稳定性。随着电力系统的快速发展，电网容量的扩大使其结构更加复杂，实时监控、调芳的自动化显得尤为重要；而在电力调度自动化系统中，电力参数的测量是最基本的功能。如何快速、准确地采集各种电力参数显得尤为重要。数据采集在实现自动化的过程中是最关键的环节。根据采集信号的不同，可分直流和交流两种采样方式。直流采样，顾名思义，采样对象为直流信号。它是把交流电压、电流信号经过各种变送器转化为0～5V的直流电压，再由装置和仪表采集。此方法软件设计简单，对采样值只需作一次比例变换即可得到被测量的数值。但直流采样仍有很大的局限性：无法实现实时信号的采集；变送器的精度和稳定性对测量精度有很大影响；设备复杂，维护难等。交流采样是将二次测得的电压、电流经高精度的CT、PT变成计算机可测量的交流小信号，然后再送入计算机进行处理。由于这种方法能够对被测量的瞬时值进行采样，因而实时性好，相位失真小。它用软件代替硬件的功能又使硬件的投资大大减小。系统硬件组成由电源、主机、数据采集电路、键盘输入电路、显示器和打印机输出电路共6部分组成。1.主机主机由单片机8031、地址锁存器74LS373、外接4KB的程序存储器2732和8KB的数据存储器6264构成。2.数据采集电路前向数据采集通道由传感器、双四选一多路开关4052、采样保持器LF398、八选一多路开关4051、模数转换器AD574、光隔及由电压比较器LM339、锁相环4046、分频器4020构成的频率跟踪电路和用于控制采样保持器的单稳触发器4528组成。由于采集的对象为电压、电流等模拟量，所以必须经A/D转换器变成数字量以后，才能送入8031进行处理。本系统选用AD574，该芯片使用逐次逼近法将-5～+5V模拟电压转换为数字量。转换时间为25μs，非线性误差小于±0.5LSB。系统的采样时间间隔为0.5s。采样时，在1个信号周期内对一相电压、电流等时间间隔准确采样16点并把结果存入片外数据存储器相应的存储页内（A相电压：DPH=80H，A相电流：DPH=83H；C相电压：DPH=84H，C相电流：DPH=85H）。三相全采完后，对采到的数据进行数字滤波。计算有效值后和上限、下限值进行比较，若有超标则进行声光报警。对频率的采样是将交流电信号经LM339电压比较器变成方波后送到8031的P3.2脚（外中断0），由8031计数器0（工作在方式1计数初值为0）在方波保持高电平的时间内对8031（采用12MHz晶振）的内部时钟进行计数。采样期间在每一相16点电压、电流采样完毕后，8031读入计数值存入相应的存储页（DPH=86H）内，数据处理阶段将其转换为频率值后送8279进行显示。3.键盘和显示器电路采用带字驱动和位驱动的LED显示器进行显示。键盘上共设置了8个键，其中：0键用于功能切换；1，2，3三键为双功能键，分别用于显示A，B，C三相电压或电流；4键用于随机打印。4.打印机接口电路8031直接带一个TPμP微型打印机，用软件能使其在规定时间自启动并按设计格式打印指定数据。软件设计在系统的软件设计中，采用模块化设计方法，使得程序结构清晰，便于今后进一步扩展系统的功能。系统软件有以下模块构成：主程序、时钟中断服务程序、键盘中断服务程序、数据采集处理子程序、显示程序、打印程序等。主程序主要完成系统初始化，装置自检等任务。系统的初始化部分包括CPU各端口输入输出设置、中断设置、外围驱动、译码电路的初始化、数据RAM的初始化等。系统的数据采集处理子程序的功能是在定时中断服务程序中完成的。在定时中断服务程序中主要进行三相交流电压、电流的采集，数字滤波、采样数据存储，标度变换以及报判断与输出等操作。另外，在电力系统的实际运行中，电网存在谐波，还会有各种瞬时干扰，如投切电容器和开关合闸、掉闸等都会产生干扰；而采用硬件滤波存在硬件电路复杂等诸多弊端，因此本系统求取电力参数采用数字滤波方法祛除干扰，用软件代替硬件，实践证明具有较好的滤波效果。此外，系统中还采用指令冗余、软件陷阱等抗干扰措施，以使系统具有良好的抗干扰性能。系统采用8031单片机实现电力参数的交流采样，通过LED显示器显示频率、电压、电流的实时值，在过压30%、欠压30%时进行声光报警，并能定时打印电压、电流及频率值。实践证明，采用交流采样方法进行数