开题报告-测量电压、电流、功率的数字表的设计制作.doc

编号： 毕业设计开题报告题 目：测量电压、电流、功率的 数字表的设计制作 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2016年03月01日1 毕业设计的主要内容、重点和难点等研究内容功率表一直以来都是重要的工业测量仪表，广泛应用于电工与电子技术领域。目前，电子式功率计、电能表采用的原理，基本上是根据功率的定义，采用各种乘法器实现电压与电流的乘积。时分割乘法器是口前最常用的方法，但由于时分割乘法器采用的是模拟技术，电路复杂，且其测量方法的误差研究很不完善，导致设计中缺少依据，器件选取盲目。本设计是针对交流电压和电流采集系统的研究，以单片机为核心，采用数值采样法，对电压、电流信号同时采样，以获得较高精度以完成对交流电压电流的采集、功率的测量、功率因数的计算和实时显示的硬件系统。本设计的研究内容主要有以下几个方面：（1） 交流电压、电流以及功率测量的基本原理；（2） 电路中的电压和电流的测量；（3） 相位角的测量；（4） 功率因数及功率的计算；（5） 测量结果的显示；研究重点及难点重点：（1）电压、电流的采样电路的设计（2）相位角的获取（3）模数转换（4）人机接口电路难点：（1）电压、电流的采样电路需要同时采集交流电压和电流两路信息 ，相应的衰减电路的设计要用到电流互感器（2）相位角的获取采用过零比较电路来实现（3）A/D接口电路的实现（4）相关的线路设计和编程（5）电路整体的调试和验证2准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）究概况及发展趋势 近年来，随着电子技术、计算机技术和半导体技术的飞速发展，电力系统测量也发生了巨大的变革。功率表一直以来都是重要的工业测量仪表，广泛应用于电工与电子技术领域。口前，电子式功率计、电能表采用的原理，基本上是根据功率的定义，采用各种乘法器实现电压与电流的乘积。时分割乘法器是口前最常用的方法，但由于时分割乘法器采用的是模拟技术，电路复杂，且其测量方法的误差研究很不完善，导致设计中缺少依据，器件选取盲目。本文采用数值采样法，对电压、电流信号同时采样，以获得较高精度。与传统方法不同，本设计利用单片机的定时器对电压与电流的过零点的时间差进行确定，从而计算出电压与电流的相位角，再经查表得出功率因数。主要参考文献1 伊元梅，温宗周.基于51单片机的数字功率表设计J.微型机与应用，2012,31(10): 28302 李松柏，朱娟，聂应国.数字功率表设计与制作J.内江师范学院学报，2006,21(2): 40433 邓忠华，陈浩，余红梅.高速A/D转换芯片MAX197应用J.电子测量技术，2005 (1): 83844 孙达昕.用单片机测量电网功率因数角J.自动化测量技术,1996(2)46475 谭浩强 .C语言设计教程M. 北京：清华大学出版社，20076 王幸之，王雷，钟爱琴，等.单片机应用系统电磁干扰与抗干扰技术M.北京：北京航空航天大学出版社，20067 唐小华，杨怿菲.数字电路与EDA实践教程M 北京市：科学出版社, 2010.088 穆习.电能计量装置接线检查实用指南M 沈阳市：辽宁科学技术出版社, 20089 黄惟公.单片机原理与接口技术 C51版M 成都市：四川大学出版社,2011.0810 胡伟，季晓衡.单片机C程序设计及应用实例M 北京：人民邮电出版社，200311 李升.单片机原理与接口技术北M 京市：北京大学出版社,2011.0812 K. Iwansson,G. Sinapius,W.Hoornaert,S. Middelhoek Measuring Current, Voltage and Power M Elsevier Science Ltd 1996.6现有设备和实验条件个人计算机、51单片机开发板、示波器、直流稳压电源、数字万用表，开放实验室3、实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料实施方案本课题有三个主要问题需要解决，分别是系统整体设计、系统误差规避、系统程序和系统实物设计制作。其中，系统整体设计可以通过查阅相关资料和借鉴工业成品来解决；系统误差规避主要通过所学知识和查阅相关资料吸取总结已有经验，提高制作工艺规避系统误差和偶然误差来实现；软件程序的设计和实物的制作与调试可以根据所学知识进行，对于该过程中所遇到的问题可以通过查阅相关资料，和同学讨论，询问指导老师，到实验室进行试验等手段解决。具体如下:（1） 电压电流采集模块 对电压使用的方法比较简单，直接采用电流型电压互感器直接对交流信号进行采样，然后通过高精度采样电阻将电流信号转变为电压信号并经运放进行放大为有效值可以被AD采集模块所能接受的交流信号，最后利用整流滤波电路将运放输出的交流信号转换为可以进入AD的并且纹波很小的直流信号。 对电流采样同样采用电流互感器将交流电的零线或者火线中的一根，穿过这个电流互感器的小孔，互感器管脚连接一个精密电阻作为采样，当电线中有交流电流流过的时候，这个电流互感器的电阻两端会形成一个电压，为精确测量采用高精度小阻值的电阻加运放的形式输出，为了转换为AD所能允许的直流电压信号，仍需要后面的整流和滤波电路。（2） 模数转换本设计选用STC89C52单片机作为主处理器单片机机的P2.O-P2.7与MAX 197的的DO-D7相连既用于输入MAX197的初始化控制字.也用于读取转换结果数据；P3.4作片选信号.则MAX 197的高位地址为7FH；P3.5脚用于判断读高、低数据位的选择线，直接与HBEN脚相连;MAX 197的INT脚与89S52的INTO相连，以便实现中断，读取转换结果、设计采用外部基准电压，选择MAX 197为系统提供低功耗工作方式。MAX 197是Maxim公司推出的8通道,12 big的高速A/D转换芯片。芯片采用单一电源+5 V供电，单次转换时间仅为6us，采样速率可达100kS/s。 MAX197控制寄存器的ACQMOD位置1选择外部采集控制模式，以精确控制采样孔径且独方控制采集和转换时间。分别通过两个写信号脉冲控制采集间隔和开始转换时间.第一个写信号脉冲控制寄存器的ACQMOD位置1，开始一个采集间隔;第二个写信号脉冲控制寄存器的ACQMOD位置0，结束采集间隔并开始转换。（3） 相位角的测量相位角的测量采用过零比较的方法，利用单片机的定时器对电压与电流过零点的时间差进行确定，再通过计算得出电压与电流的相位差;测量得出相位角甲后，通过查表可得功率因数coscp，而功率可通过公式P= Ulcoscp计算得出。（4） 人机接口电路 人机接口电路包括液屏，显示和按键两部分。在本设计电路中显示模块由LCD1602和74HC164组成。;按键选用独立式的按键，将4个按键分别定义为控制显示电压、电流、功率、功率因数4个不同的功能（5） 数字功率表功能框图被测电压被测电流被测电压被测电流互感器电路过零比较器整 流液晶显示A/D转化单片机STC89C52INT0INT1图1 系统组成（6） 程序流程图如开始系统初始化调用显示程序调用测量程序调用键盘扫描程序有按键按下键值判别程序电压显示电流显示功率因数显示功率显示通信处理图2 系统主程序流程图NY /进度实施计划第一阶段（2月28日至3月6日）：方案设计，查找资料，画出原理框架图，提交硬件原理草图一份。第二阶段（3月7日至3月13日）：方案论证。第三阶段（3月14日至4月1日）：硬件设计布局，器件选型，进行调试。提交PC图源文件一份。第四阶段（4月2日至5月15日）：软件编程并与硬件进行联调，最后提交该电路板预期提交的毕业设计资料1、撰写两万字以上的毕业设计说明书（兼附15篇以上的参考文献）；在毕业设计说明书中应包括300500个单词的英文摘要及关键词；2、完成与课题相关英文资料的翻译（约四万英文字符，附英文全文）；3