电力参数检测装置设计毕业设计论文

PAGEV单片机原理及接口技术课程设计题目：电力参数检测装置设计院（系）：电气工程学院专业班级：学号：课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气教研室学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目电力参数检测装置设计课程设计（论文）任务该检测装置实时监测380V三相电流，并实时显示电流有效值，当电流超过100A时发出声光报警。设计任务：1.CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）2.电流互感器选择及模拟量接口电路设计3.电源电路及声光报警电路设计4.程序流程图设计及程序清单编写技术参数：1．电流上限值100A2．工作电源220V设计要求：1、分析系统功能，尽可能降低成本，选择合适的单片机、AD转换器、输出电路等；2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。进度计划第1天 查阅收集资料第2天 总体设计方案的确定第3-4天 CPU最小系统设计第5天电流互感器及接口电路设计第6天 电源电路以及声光报警电路设计第7天 程序流程图设计第8天 软件编写与调试第9天设计说明书完成第10天 答辩指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算

摘要随着时代跟科技的发展，电能在我们日常生活中扮演着越来越重要的角色。我们做什么事都与电分不开联系。故此，对于电流的测量在我们的社会生活中就有着非常重大的意义。故此本实验选择了89C51单片机作为的电力运行参数测量装置，此装置采用单片机作为测控核心。要求其能够自动完成电力供电线路的参数测定、运算和显示并且在电流超过限定值时完成报警。本文对于运用89C51芯片对于电力参数的测量有详细的介绍，并通过Protle99软件来绘制系统原理图，在将系统图连接好并且确定各器件完好且正常运行的情况下。详细介绍了从输入380V三相交流电到实时反映电流的有效值，这一系列的运行状态。还解决了原有电力参数检测装置，反应速度慢，显示不精确，效率不高等缺点。关键词：电力参数；检测装置；89C51目录TOC\o"1-3"\f\h\z第1章绪论 11.1电力参数检测装置概况 11.2本文研究内容 1第2章CPU最小系统设计 22.1电力参数监测装置总体设计方案 22.2CPU的选择 32.3数据存储器扩展 42.4复位电路设计 52.5时钟电路设计 62.6CPU最小系统图 7第3章电力参数检测装置输入输出接口电路设计 83.1电力参数检测装置传感器的选择 83.2电力参数检测装置检测接口电路设计 83.2.1A/D转换器选择 83.2.2模拟量检测接口电路图 93.3电力参数检测装置输出接口电路设计 93.4人机对话接口电路设计 10第4章电力参数检测装置软件设计 124.1软件实现功能综述 124.2流程图设计 124.2.1主程序流程图设计 124.2.2模拟量检测流程图设计 134.3程序清单 14第5章系统设计与分析 195.1系统原理图 195.2系统原理综述 195.3软件调试结果 20第6章课程设计总结 21参考文献 22PAGE22绪论电力参数检测装置概况当今社会随着的电能的普及，电能走入我们家庭跟生活的同时也在改变着我们的生活。时至今日，电作为一种最重要的能源跟我们的工作、生活紧密地联系着，可以这么说，如果没有了电，人类社会就不能正常地运转，整个社会就会混乱。电作为这么重要的能源，如何来计量它就具有了重要的意义。

大多数的电力参数测量系统，多采用8051、80C196等普通单片机作为微控制器。由于其指令周期长、在高速采样和实时性方面受到一定的限制。电网电压、电流的过高或过低，都会影响到电器设备的正常使用和使用寿命。应用于电力系统的电力参数实时监测功能，在变电站一级一般都由远动装置来实现；而在日常生活中，一般只是利用电能表进行电量的计量，其原理是通过将有功功率对时间的积分来计算有功电能。同时随着电子科技水平的不断进步与完善，C8051F020单片机技术体现了单片机集多种器件(包括看门狗，FLASH程序存储器，同、异步串行口，A/D转换器，定时器，计数器等)和多种功能(增强可靠性的复位系统、降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统、具输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器、计数器)于一身。1.2本文研究内容要求对380V的三相交流电流进行实时监测，并显示其有效值。再将信号通过模数转换器转换为数字量并供给给89C51单片机。单片机再对信号进行分析如果电流大于100A，则单片机发出报警。还需要完成装置的设计和软硬件调试，在论文中以流程图、原理图、程序等形式详细介绍了装置电压电流采样、数据采集计算、键盘显示处理单元的功能实现过程，并总结了每个单元调试过程中发现的问题，使89C51单片机的诸多特点得到更好的应用，通过实际调试总结了装置中误差存在的硬件和软件原因，考虑到装置自身功能跟性价比，并提出了减小误差的方案。

第2章CPU最小系统设计2.1电力参数检测装置总体设计方案电力参数检测装置总体设计如图2.189C51晶振模块复位模块电流检测模块报警系统显示模块图2.1总设计系统框图晶振模块：为单片机提供时钟信号。复位模块：将单片机程序计数器清零。显示模块：显示电流。报警系统：当电流值超过了允许值时，报警系统会发出报警。2.2CPU的选择对于本设计我们选择89C51单片机为CPU，因为89C51在编程中用途更广泛，在开发、修改程序方面优于同类单片机，并且其与各大公司的MC-51系列单片机兼容。89C51内部资源：（1）片内4KB

Flash

ROM程序存储器。（2）5个中断源，2个中断优先级。（3）21个特殊功能寄存器。（4）2个16位的定时/计数器。（5）有4个并行I/O接口分别为P0、P1、P2

和P3口，每个I/O接口有8条可单独编程的I/O线。（6）128B片内数据存储器。（7）可编程串行口。引脚可分为如下3类：

（1）电源及时钟引脚：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。（2）控制引脚：PSEN、ALE、EA、RESET（RST）。（3）I/O口引脚：P0、P1、P2、P3，为四个8位I/O口的外部引脚。89C51芯片的I/O口：P0口：P0口有两个用途，一是作普通I/O口使用；二是作低8位地址数据总线使用。P1口：P1口只做作普通I/O使用。P2口：P2口有两个用途，一是作为普通I/O口使用；二是作高8位地址线。P3口：P3口是一个多功能端口，除了有准双向I/O功能外，还具有第二功能。引脚图如下：图2.289C51引脚图2.3数据存储器的扩展虽然单片机拥有CPU，RAM，ROM，I/O接口和定时/计数器，但是单片机内的RAM，ROM跟定时/计数器等资源往往很有限，并不能满足单片机在实际应用时对于所有情况的要求，因此我们需要对单片机的存储资源进行扩展。本文选用的数据存储器为静态RAM6264，地址锁存器为74LS373。其优点是写速度高，一般都是8位宽度，易于扩展，且大多数与相同容量的EPROM引脚兼容，有利于印刷板电路设计，使用方便；缺点是集成度低，成本高，功耗大。图2.3数据存储器扩展2.4复位电路设计复位电路是一种用来使电路恢复到起始状态的电路设备，它的操作原理与计算器有着异曲同工之妙，只是启动原理和手段有所不同。对于单片机程序来说，复位电路的存在是非常重要且必要的。复位操作可以使单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动。复位电路，就是利用它把电路恢复到起始状态。就像计算器的清零按钮的作用一样，以便回到原始状态，重新进行计算。和计算器清零按钮有所不同的是，复位电路启动的手段有所不同。一是在给电路通电时马上进行复位操作；二是在必要时可以由手动操作；三是根据程序或者电路运行的需要自动地进行。复位电路都是比较简单的大都是只有电阻和电容组合就可以办到了。再复杂点就有三极管等等配合程序来进行了。当单片机需要复位时，必须依靠外部复位电路来提供脉冲，在复位有效期间，ALE和PSEN引脚输出高点平。在时钟电路工作后，单片机得到RESET引脚上出现24个时钟脉冲以上的高电平，单片机就能实现复位。图2.4复位电路2.5时钟电路设计时钟电路就是产生象时钟一样准确的振荡电路。任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路。时钟电路的作用是产生可以使单片机工作的时间信号。时钟信号可以由内部产生也可以由外部产生。89C51单片机内部有一个高增益反向放大器，用于构成片内振荡器，XTAL1和XTAL2两个引脚分别是此放大器的输入端和输出端。在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟发生器，如图2.5所示。而当CPU系统外接晶振时，C3和C4值通常选择为30pF左右；外接陶瓷谐振器时，C1和C2可稳定频率并对振荡频率有微调作用，振荡频率范围是0到24MHz。为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定可靠的工作，谐振器和电容应尽可能安装的与单片机芯片可靠。图2.5晶振电路2.6CPU最小系统图图2.6最小系统图第3章电力参数检测装置输入输出接口电路设计3.1电力参数检测装置传感器的选择本文要求的输入电流为380V三项交流电，所以为了保证电力系统安全经济的运行，同时对电力设备的运行情况进行监视和测量，需要在系统中加入电流互感器。在此我选择GB1208-2006电流互感器。因为一般的测量和保护装置不能直接接入一次高压设备，而需要将输入的大电流按比例经电流互感器变换成小电流，才可以供给测量仪表和保护装置。在测量交变电流的大电流时，就需要电流互感器来进行电流的升降，线路上起初的电流较大，所以是不可以直接测量线路上的电压的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用，其对于保护系统安全起着十分重要的作用。3.2电力参数检测装置检测接口电路设计3.2.1A/D转换器的选择A/D转换器即是我们常说的模数转换器，简称为ADC，指将一个模拟信号转变为数字信号的电子元件。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。本文的模数转换器选用ADC0832，它拥有体积小，性价比高，兼容性强等优点。ADC0832

具有以下特点：

（1）8

位分辨率。

（2）双通道

A/D转换。

（3）输入输出电平与

TTL/CMOS

相兼容。

（4）5V

电源供电时输入电压在

0~5V

之间。

（5）工作频率为

250KHZ，转换时间为

32μS；

一般功耗仅为

15mW。（6）8P、14P—DIP（双列直插）、PICC

多种封装。

3.2.2模拟量检测接口电路图图3.1模拟量检测接口3.3电力参数检测装置输出接口电路设计图3.2输出接口电路3.4人机对话接口电路设计3.4.1按键设计根据单片机的电流检测系统的工作要求，需要用按键电路来控制调整电流上限。如图3.3。图3.3按键电路3.4.2数码显示电路设计数码管显示电路由位驱动电路和段驱动电路两部分组成。由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。由于单片机的并行口不能驱动数码管显示器，必须采用专门的驱动电路芯片，使之产生足够大的电流，显示器才能正常工作。如果驱动电路能力差，即负载能力不够，显示器亮度就低，而且驱动电路长期在超负荷下运行容易损坏。本系统采用并行驱动动态显示。采用单片机P2口的低3位作为数码管的位码输出信号，P0口作为段码输出信号。该驱动电路如图3.3所示，P0口作为段码输出信号需外接上拉电阻。图3.4数码显示电路3.4.3报警电路设计报警电路的作用是当电流达到或超过上限时进行报警，报警电路与单片机的P2.3口相连当单片机输出一个低电平时，蜂鸣器就会发出报警信号，说明电流已经超过规定的上限值，外部输出设备应该启动进行相应的措施。图3.5报警电路第4章电力参数检测装置软件设计4.1软件实现功能综述本实验的要求是对于380V三相电流的监测。由89C51单片机、传感器、A/D转换器、数码显示器组成的控制系统，要实现的软件功能是将线路中的电流信息通过电流检测模块传送给89C51单片机，在传输电流时利用A/D转换器将模拟信号转换为数字信号。然后对电流的有效值进行判断，通过LED显示屏显示电流的有效值，如果电流有效值大于设定的电流上限，则蜂鸣器会对外报警。

4.2流程图设计4.2.1主程序流程图设计输入信号通过电流检测模块传送给89C51单片机，并利用A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，让单片机识别和处理，然后判断电流的大小是否超过设定的电流上限，即是否报警。开始开始输入信号模数转换CPU识别并处理输入信号CPU识别并处理输入信号判断电流是否达到上限判断电流是否达到上限是是否否报警返回报警返回 图4.1主程序流程图4.2.2模拟量检测流程图设计每次对ADC0832操作时要按造ADC0832工作过程中的协议进行。在开始时系统进行初始化，之后输入RAM操作命令，继而触发存储器操作命令-进行处理数据。开始开始系统初始化系统初始化ADC0832是否存在ADC0832是否存在否否是是RAM操作命令 RAM操作命令存储操作命令存储操作命令读取电流读取电流返回返回图4.2模拟量检测流程图4.3程序清单DIS：MOV

A，R2

ADD

A，R3

DA

A

ADD

A，R4

DA

A

MOV

R4，A

；把相加结果存放R4中

MOV

21H，#00H

；置循环显示初值

HDISP：MOV

A，R4

ANL

A，#0F0H

ORL

A，#07H

；选通高位数码管

MOV

P2，A

；送显高位

ACALL

DELAD2

；延时

MOV

A，R4

ANL

A，#0FH

SWAP

A

ORL

A，#0BH

；选通低位数码管

MOV

P2，A

；送低位ACALL

DELAD2

；延时

INC

21H

MOV

A，#0FH

XRL

A，21H

JZ

B1

；循环显示完否SJMP

HDISP

；未完继续

B1：RET

；显示完返回

ORG

0000H

START：MOV

P1，#0F0H

；关闭两片89C51

MOV

R3，#0D0H

；对第一片89C51送控制字

MOV

20H，#02H

M1：MOV

A，R3 ACALL

READ

；调用读数子程序

JZ

N1

ACALL

M2

；调用核对子程序

N1：MOV

A，R1

INC

A

MOV

R1，A

ACALL

READ

JZ

N2

ACALL

M2

N2：MOV

A，R1

INC

A

MOV

R1，A

ACALL

READ

JZ

N3

ACALL

M2

N3：MOV

A，R1

INC

A

MOV

R1，A

ACALL

READ

JZ

N4

ACALL

M2

N4：MOV

R3，#0B0H

；第二片89C51送控制字

MOV

A，02H

DEC

A

JNZ

M1

SJMP

START

；巡回检测

READ：MOV

P1，A

；送控制字

CLR

P1.4

ORL

P1，#0FH

MOV

A，P1

；读数据

SETB

P1.4

ANL

A，#0FH

RET

；子程序返回

M2：MOV

R0，ALCALL

DELAD1

MOV

A，R1

XRL

A，R0

；核对比较。JNZ

M22

ACALL

TLTC

；调用查找报警点子程序

M22：RET

TLTC：MOV

A，R1

；查找报警点位于哪个口

ANL

A，#0FH

MOV

R7，A

MOV

R2，#00H

L1：MOV

A，R7

JNZ

L2

MOV

R2，#04H

L2：MOV

A，R7

JNZ

L3

MOV

R2，#08H

L3：MOV

A，R7

XRL

A，#03H

MOV

R2，#12H

LL3：MOV

A，R1

；查找报警点在哪片89C51

ANL

A，#0F0H

RLC

A

JC

L4

MOV

R3，#16H

L4：RLC

A

JC

L5

MOV

R3，#00H

L5：MOV

A，R0

；查找是哪个点报警

RRC

A

MOV

R0，A

JNC

L6

MOV

R4，#01H

LCALL

DISL6：MOV

A，R0

RRC

A

MOV

R0，A

JNC

L7

MOV

R4，#02H

LCALL

DIS

L7：MOV

A，R0

RRC

A

MOV

R0，A

JNC

L8

MOV

R4，#03H

LCALL

DIS

L8：MOV

A，R0

RRC

A

JNC

L9

MOV

R4，#04H

LCALL

DIS

DIS：MOV

A，R2

；显示报警

ADD

A，R3

DA

A

ADD

A，R4

DA

A

MOV

R4，A

ORL

A，#07H

MOV

P2，A

ACALL

DELAD2

ANL

A，#0FH

SWAP

A

ORL

A，#0BH

MOV

P2，A

ACALL

DELAD5

INC

21H

MOV

A，#0FFH

JZ

B1

B1：RETDELAD1：MOV

R5，#04H

；延时子程序1

DELAD2：MOV

R6，#0F0H

DELAD3：MOV

R7，#0F7H

DELAD4：NOP

NOP

DJNZ

R7，DELAD4

DJNZ

R6，DELAD3

DJNZ

R5，DELAD2

DELAD5：MOV

R5，#02H

；延时子程序2

DELAD6：MOV

R6，#0FFH

DJNZ

R6，$

DJNZ

R5,DELAD6

RET第5章系统设计与分析5.1系统原理图图5.1系统原理