交流电参数测量仪liang.docVIP

光电课程设计报告 题目：交流电参数测量仪(第一阶段) 专业：光电信息工程 班级：光电0806（重修） 姓名：梁兆承 指导老师：吴裕斌 学号：U200813417 联系电话同组人姓名：李志宇，包日超，张峰 目 录 一、摘要 1 二、技术指标 1 三、基本原理 2 四、方案论证 3 五、硬件电路设计 3 六、软件设计 5 七、结论 9 八、心得体会 9 九、参考文献 10 十、附录 11 1程序流程图 2元件清单 3电路原理图及印制板图 摘要 随着电力系统的快速发展，电网容量不断增大，结构日趋复杂，电力系统中实时监控、调度的自动化显得尤为重要，而电力参数的数据采集又是实现自动化的重要环节，如何快速准确地采集系统中各元件的电参数（电压、电流、功率、频率等）是实现电力系统自动化的一个重要因素。基于此，本文主要设计一个基于MSC-51单片机控制的交流电参数测量仪，此仪器可以测量交流电参电，频率51系列单片机 可测量交流电的电压有效值，测量误差为±0.5V 可测量交流电的电源频率，测量误差为±0.1Hz 测量结果采用LED数码显示 带有测量数据保持功能键 三、基本原理 交流电采样算法原理： 交流直接采样方法测量交流电量的算法虽有多种，但较实用有三种，即最大值法、积分法和傅里叶变换法。最大值法适宜输入信号为纯正弦周期信号情况，多次采集求平均可减小误差但考虑内部AD采集间隔会在很大程度上影响对峰峰值的检测 在非正弦波情况下，相电压、相电流的有效值定义为： 在对电流电压采样时，每个周期采样N点，采样间隔为ΔT，得到离散化采样序列{}、{}，则有： 若采样间隔ΔTk恒定为ΔT，则N=T/ΔT。电流和电压有效值公式为： 对于频率的测量，是将交流信号经电压比较器变成方波后送到89C51的P3.2脚（外中断0），由89C51计数0在方波的一个周期内计数，然后乘以系统内部时钟得到方波周期T，所以频率就为1/T。 其他的电力参数计算公式分别如下： 有功功率 视在功率 无功功率 功率因数 积分和法的精度与采样点数N和采样的同步度有关。在系统速度允许的情况下，可以增加采样点数以提高运算精度，一般每周波可采样几百点。该算法实时性强，算法简单，能够计及信号中高次谐波的影响，在不需要测量基波和各次谐波参数值的情况下，可以选用此算法。 方案论证 此系统是以为主控制器，系统把取样采集电路得来的信号分别通过整流, 再通过A/D转换芯片，实时把模拟量转化为量，再经单片机分析处理，可得到变压器副边电压值、电源的频率，并送到外部显示单元显示51，如图4所示。 4，显示电路设计 数码显示器采用6个LED显示器组成,单片机处理后送出的显示数据一般为BCD码,由外扩的BCD码到7段显示码的硬件译码器件,对BCD码进行译码后得到LED显示码,送给显示器显示所需的字符,这里采用的硬件译码器件是CD45ll。6个LED动态扫描显示电路如图5： 六、系统软件设计 1,主程序流程图 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。系统有以下模块构成：主程序，时钟中断程序，数据采集处理子程序，显示程序，按键控制程序等。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、外围驱动，译码电路的初始化等。系统的数据采集处理子程序的功能书采集各相电压值、电流值。在定时中断服务程序中主要进行频率测量。 系统的总流程图如下图6所示: 2，数据采集子程序 设计原理：根据离散化公式可知，由一个周期内不同时刻的电压。电流的采样值及每周期采样点可计算出电压和频率值。工频交流电标准频率为50HZ。根据89C51的12MHZ主频和ADC0809的25us的转换速度，采样周期定为400us，即一个周期内采16个点。 数据采集流程图如下图7所示 3，数据处理程序 （1）电压处理程序 电压有效值公式： ， 电压处理程序图如图8所示： （2）频率测量程序 对于频率的测量本设计采用中断的方式，程序如图9所示： 七、结论 本系统以单片机为核心部件，利用软件编程，通过对交流采样的优点、原理和算法等方面作了全面分析，设计出基于单片机控制的交流点参数测量仪，该仪器可以测量电压频率，通过LED屏幕显示数据，速度快，测量精度准确。