电能质量检测设计报告

简易电能质量监测装置1目录一、系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 及原理图31.1设计要求31.2设计思想3二、系统硬件设计52.1信号波一周期采样点数的确定52.2电路设计图52.2.1移相电路52.2.2整形电路52.2.3采样电路62.2.4总电路图72.3电路分析73软件设计83.1主程序 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图83.2各子程序流程图84系统测试144.1测试仪器及测量 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 144.2测试结果及分析145结束语15参考文献15附录16程序附录1：162摘要：本简易电能质量检测装置由单片机控制模块，电源模块，信号变换与处理模块等构成。c8051F020为主控单片机，它能准确的完成同时对一路工频交流电的频率、电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因素等进行测量。通过软件对输入电压信号进行实时采样。系统调试时，用函数发生器输出正弦电压信号作为交流信号的电压信号输入，此电压信号经自制的移向电路相后代表同一路信号的电路信号输入。关键词：电能质量单片机工频交流电一、系统设计方案及原理图1.1设计要求1、测量交流输入电压有效值频率：50Hz；测量范围：100～500V；准确度：±0.5％。2、测量交流输入电流有效值频率：50Hz；测量范围：10～50A；准确度：±0.5％。3、测量有功功率P（单位为W）、无功功率Q（单位为var）、视在功率S（单位为VA）及功率因数PF（功率因数为有功功率与视在功率之比）。有功功率、无功功率、视在功率准确度：±2％；功率因数显示格式：0.00~0.99。4、在交流电压、交流电流、有功功率、无功功率、视在功率的测试过程中，能够 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 它们的最大值和最小值。1.2设计思想通过分析题目，本检测装置主要有主控制器模块、显示模块、按键模块和信号变换与处理模块等组成。3电压输入电流输入显示模块电压变换及电流变换及处理模块主控制器模块处理模块按键模块方案一、分别测量电压信号和电流信号，但是，电流信号不易测量，需用到大量元器件，硬件电路会变得很复杂，成本也高。方案二、直接测量电压信号，通过模拟测量电流信号，即对电压信号移相测量电流信号，再通过对电压和电流的采样和处理，计算出频率，相位差、电压有效值，最大电压，最小电压、电流有效值，最大电流，最小电流、有功功率，无功功率，视在功率，功率因素，同时通过打点的方法将正弦波输出到lcd12864显示器上。设计中，对电压进行移相得到模拟电流，再通过采样保持电路实现对同一时刻的电压和电流两路信号的分别保持，将采样得到的电压电流进行模数转换，以得到实际电压电流。再对电路进行整形，通过捕获上升沿来测量相位及频率，这样能确保功率测量的准确性，而且成本比较低。设计图如图表1：升压1.5V采样保持ADC移相电路升压1.5V采样保持整形电路测相位整形电路测频率图表1显示模块中通过按键1、2、3、4分别在lcd1602显示频率，相位差、电压有效值，最大电压，最小电压、电流有效值，最大电流，最小电流、有功功率，无功功率，视在功率，功率因素。及在lcd12864显示电压和电流各自的信号。4二、系统硬件设计2.1信号波一周期采样点数的确定在一个周期内，每次都从同一起点开始通过定时来采样64个点。将每采集的点，通过AD转换。2.2电路设计图2.2.1移相电路图1通过硬件模拟来达到电能质量监测的。考虑到电压信号所相对的电流信号与电压信号之间存在90度的相位差，电流信号滞后于电压信号。所以通过移相电路即对输入电压信号移相来模拟电流信号。2.2.2整形电路5图2整形模块利用比较器LM393，将正弦波转换成方波，再由IN4148整流二极管来限制方波的幅值，将输出的方波幅值限定在-1V~+4.3V内。2.2.3采样电路图3采样保持模块我们采用LF398采样/保持器来设计采样电路。LF398是一种高性能单片采样/保持器。它通过1k的电位器来实现调零的作用，8引角的采样控制信号可以由单片机来设定实现，也可利用函数信号发生器的产生脉冲信号来实现控制LF398的采样的点数。62.2.4总电路图V+9104R26+5V10KC1Input峰峰值<=2.976104C210KV-9R4V+910410KC42KR2R3100KR1104C5104V-9C3104C710KR9V+910410KC8R810416.8KC9R6V-9TL4311uF10410KC6R7C1010KR10V+910410KC11R5104C12V-9V+910410KC1320K1KR20R19V+9V-92143LF3985867ControlC17+5V10KR210.01uFR23R241K20KV+9V-92143LF3985867ControlC18+5V10KR253.3V0.01uF4148D110KR141K3.3VD54148R22Port1KD641483.3VD74148R26Port1KD84148R111KR12104C14V-9R134148D23.3VPort测相位引脚Port+5V4D?相位超前与滞后判断2DRQ5相位滞后输出0PPort1相位超前输出3R6LQCLKMM74HC74AJ1V+910410KC15R151041KR16C16V-9414810KD3R181KR174148D4+5VPort测频率引脚2.3电路分析对电压进行移相得到模拟电流，再通过采样保持电路实现对同一时刻电压和电流两路信号的分别保持，将采样得到的电压电流进行模数转换后，以得到实际电压电流。再对电路进行整形，通过捕获上升沿来测量相位及频率。测量相位时，通过D触发器来判断相位超前还是滞后，如果输出为0则相位滞后，如果输出为1则相位超前。7软件设计3.1主程序流程图开始系统初始化键盘输入NN输入3？输入1？输入2？输入4？YYYYNN计算并显示频计算并显示电压计算并显示电压计算并显示功N率和相位差相关信息、电压NN相关信息、电压N和电流的波形和电流的波形率相关信息3.2各子程序流程图（1）电压、电流测量8开始清零捕获次数计数器等待完成两次捕获调用函数采集一个周期内的电压和电流数据查找电压和电流最大值和最小值计算电压和电流有效值将电压和电流的数字量转换为实际值显示电压和电流最大值、最小值和有效值显示电压和电流的波形结束（2）频率测量9开始清零捕获次数计数器等待完成两次捕获计算频率和相位差电压是否超前电流Y输出‘+’输出频率和相位差结束（3）功率测量N输出‘-’10开始清零捕获次数计数器等待完成两次捕获调用函数采集一个周期内的电压和电流数据查找电压和电流的最大值、最小值计算有功功率记录有功功率的最大值计算视在功率和功率因素输出视在功率、功率因素、有功功率及其最大值结束（4）定时器0中断11开始清中断标志位重载计数初值清零control使LM398保持输出选择通道AIN00清除ADC转换完成标志并启动ADC0等待ADC0转换完成采集并保存电压数据选择通道AIN01清除ADC转换完成标志并启动ADC0等待ADC0转换完成采集并保存电流数据置1control使LM398采样输出结束5）PCA0中断12开始CF=1？YNCF=0CCF0=1？YCCF0=0ccf0_overflow=0？Y清零计数器NNccf0_overflow=1？Y计算周期N捕获次数加1CCF1=1？YCCF1=0Nccf0_overflow==1？Y计算时间隔N结束13系统测试4.1测试仪器及测量方法测试仪表：函数信号发生器，数字万用表，示波器测试方法：用函数信号发生器产生正弦信号波作为电压信号波输入，此电压信号经移相电路移相后作为同一路的电流信号输入，经采样送单片机处理后显示，将显示的各数值同示波器观察值作比较，计算出各误差值。4.2测试结果及分析1N12n电压有效值：U=u.Nn01N1i.2n电流有效值：I=Nn0有功功率：P=1N1u(n)i(n)Nn0视在功率：S=U*I无功功率：Q=S-P功率因素：PS3V2V1V输入信号峰峰值最大电压1.4910.52最小电压-1.49-1-0.52相对误差0.0066670-0.04理论电压有效值1.06080.70720.3536电压有效值1.05260.71020.3746相对误差0.00773-0.00424-0.05939最大电流1.51.010.54最小电流-1.5-1.01-0.54相对误差0-0.01-0.08理论电流有效值1.06080.70720.353614电流有效值1.0530.71320.3787相对误差0.007353-0.00848-0.07098理论有功功率0.9745070.4331140.108279有功功率0.840.380.1相对误差0.1380260.1226330.076456理论视在功率1.1252970.5001320.125033视在功率1.050.470.12相对误差0.0717110.064110.041941理论功率因素0.8660.8660.866功率因素0.80.810.8相对误差0.0762120.0646650.076212结束语通过此次实验对于软件和硬件方面的调试能力有所提高。在软件编程方面，对于单片机中的一些芯片的接口的定义和调用接口的数据。根据单片机编程需要对硬件的一些指标有所了解。在按电路图焊接完，进行硬件调试是发现LM393的2脚和6脚的输入信号中有一些毛刺信号的干扰，为了消除这些毛刺信号的干扰，于是在这两个引脚上加了两个对地小电容。测相位的引脚也存在同样的问题，就用了同样的方法来解决。在软件调试过程中发现，用定时器2、3来启动ADC0，虽然理论上是可以的，但是，由于ADC0启动和完成转换，需要一定时间，而我们是在启动ADC0转换的下一个时刻就直接读取转换结果，所以，中间出现了一些差错。于是，改用了置一AD0BUSY的方式来启动，并且使用while语句等到ADC0转换完成时才读取转换结果。这些天实验中发现目前所做的效率显然高于之前的每一个实验，原因很多，一是因为没有其他旁事，这样会更专注。二是学习氛围，学习氛围很浓厚，每天都是12小时都在编程。更多的是得到了太多的帮助，学长一次次解决了我们看似无解的麻烦，并教会我们一些无从得知的基础知识，让我们在单片机这条路上走得更长。这些天学会了很多，但是最重要的还是学会自主学习，问题学会自己解决，这样才能永无止尽地学下去。参考文献1.黄志伟主编，全国大学生电子设计竞赛训练教程北京：电子工业出版社，2004年2.赵佩华，眭碧霞主编，单片机原理及接口技术北京：机械工业出版社，2008年3.张友德主编，单片机微型机原理应用于实验上海：复旦大学出版社，2000年15附录程序附录1：#include"c8051F020.h"#include"sysinit.h"#include"lcd1602.h"#include"keyscan.h"#include"adc.h"#include"lcd12864.h"#include"math.h"#includeexternunsignedcharxdatalcd_buff0[16];//1602显示缓冲区externunsignedcharxdatalcd_buff1[16];unsignedcharxdatatab10[];unsignedcharxdatatab20[];unsignedcharxdatatab30[];unsignedcharxdatatab40[];unsignedcharcodezuobiao[];unsignedintzhouqi,jiange;unsignedcharj=0,ccf0_overflow,key,key_value;floatfreqvalue,xiangweicha,U,Umax,Umin,U0,I,Imax,Imin,I0,power,S,pf,t;floatpowerl=0;floatxdataadc0_buff0[64];floatxdataadc0_buff1[64];sbitcontrol=P0^3;sbitflag=P0^5;voidpl(void);voiddy(void);voiddl(void);voidgl(void);voidcaiji(unsignedcharadc0_buff0[],unsignedcharadc0_buff1[]);voidtuxing(floatadc0_buff0[],floatadc0_buff1[]);voidPrintString(unsignedchar*str);voidpho_disp(unsignedchar*tab);voidmain(void){WDTCN=0xDE;WDTCN=0xAD;SysClkInit();//配置系统时钟，使用外部晶振，系统上电默认使用内部2M时钟PortInit();//I/O端口配置16LCD1602_Init();//lcd1602初始化LCD12864_Init();ADC0_Init();PCA0CPM0=0x21;PCA0CPM1=0x21;PCA0MD=0x01;EA=1;ET0=1;EIE1=0x08;PCA0CN=0x40;//启动PCA0计数器工作TMOD=0x01;TH0=0xFD;TL0=0x8F;AMX0CF=0x00;while(1){key_value=Get_Key();if(key_value!=0xff)key=key_value;while(key==1){pl();key_value=Get_Key();if(key_value!=0xff)key=key_value;}while(key==2){dy();key_value=Get_Key();if(key_value!=0xff)key=key_value;}while(key==3){dl();key_value=Get_Key();if(key_value!=0xff)key=key_value;}while(key==4){17gl();key_value=Get_Key();if(key_value!=0xff)key=key_value;}}}voidpl(void){ccf0_overflow=0;//清零捕获次数计数器，开始测量频率信号while(ccf0_overflow<2);//等待第二次捕获freqvalue=2000000.0/zhouqi;//计算频率值xiangweicha=jiange*1.0/(zhouqi*1.0)*360-0.14;if(xiangweicha>180)xiangweicha=360-xiangweicha;if(flag==0)sprintf(lcd_buff0,"pd:+%-6.3f",xiangweicha);if(flag==1)sprintf(lcd_buff0,"pd:-%-6.3f",xiangweicha);LCD_SET_CURSOR(1,1);PrintString(lcd_buff0);sprintf(lcd_buff1,"freq:%-8.4f",freqvalue);LCD_SET_CURSOR(2,1);PrintString(lcd_buff1);Delay_Ms(100);}voiddy(void){ccf0_overflow=0;//清零捕获次数计数器，开始测量频率信号while(ccf0_overflow<2);//等待第二次捕获caiji(adc0_buff0,adc0_buff1);U=0;Umax=adc0_buff0[0];Umin=adc0_buff0[0];for(j=0;j<64;j++){if(adc0_buff0[j]>Umax)Umax=adc0_buff0[j];if(adc0_buff0[j]Imax)Imax=adc0_buff1[j];if(adc0_buff1[j]Umax)Umax=adc0_buff0[j];if(adc0_buff0[j]Imax)Imax=adc0_buff1[j];if(adc0_buff1[j]136)powerl=0;if(power>powerl)powerl=power;t=Umax;sprintf(lcd_buff0,"P:%-5.2fPL:%-5.2f",power,powerl);LCD_SET_CURSOR(1,1);PrintString(lcd_buff0);S=U*I;pf=power/S;sprintf(lcd_buff1,"S:%-5.2fpf:%-3.2f",S,pf);LCD_SET_CURSOR(2,1);PrintString(lcd_buff1);Delay_Ms(100);}voidPCA0_0int(void)interrupt9{if(CF==1){CF=0;//计数器溢出标志清零，必须用软件清零，硬件不能自动清零}if(CCF0==1)//捕获中断处理{CCF0=0;if(ccf0_overflow==0)//第一次捕获发生时候清零计数器{PCA0L=0;PCA0H=0;}if(ccf0_overflow==1)//第二次捕获发生后，就可以计算周期zhouqi=PCA0CPH0*256+PCA0CPL0;ccf0_overflow++;//捕获次数加调整if(ccf0_overflow>=2)ccf0_overflow=2;}if(CCF1==1)//捕获中断处理{CCF1=0;if(ccf0_overflow==1)jiange=PCA0CPH1*256+PCA0CPL1;}}21voidcaiji(floatadc0_buff0[],floatadc0_buff1[]){j=0;TR0=1;while(j<64);TR0=0;}voidtuxing(floatadc0_buff0[],floatadc0_buff1[]){clrgdram();//将GDRAM中的数据全部置为0set_coord(0,0);lcd12864_show_str(tab10,16);set_coord(0,1);lcd12864_show_str(tab20,16);set_coord(0,2);lcd12864_show_str(tab30,16);set_coord(0,3);lcd12864_show_str(tab40,16);pho_disp(zuobiao);//显示坐标for(j=0;j<64;j++)//打点显示电压和电流的波形{U=adc0_buff0[j]/4095.0*3.0;I=adc0_buff1[j]/4095.0*3.0;draw_point(31-U*10,j+47,1);draw_point(63-I*10,j+47,1);}}voidtimer0_isr(void)interrupt1{TF0=0;//清除中断标志位TH0=0xFD;TL0=0x8F;control=0;AMX0SL=0x00;AD0INT=0;//清除ADC转换完成标志AD0BUSY=1;//启动ADC0while(!AD0INT);adc0_buff0[j]=ADC0H;adc0_buff0[j]=adc0_buff0[j]*256+ADC0L;//读取ADC0的值AMX0SL=0x01;AD0INT=0;//清除ADC转换完成标志AD0BUSY=1;//启动ADC022while(!AD0INT);adc0_buff1[j]=ADC0H;adc0_buff1[j]=adc0_buff1[j]*256+ADC0L;//读取ADC0的值j++;control=1;}23