檢測技術(shù)與系統(tǒng)課程設(shè)計(基于電流互感器的單相交流電流測量系統(tǒng)設(shè)計)

1、自動檢測課程設(shè)計南京工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書 課 程 名 稱 檢測技術(shù)與系統(tǒng)課程設(shè)計 院（系、部、中心） 電力工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學(xué) 號 姓 名 起 止 日 期 指 導(dǎo) 教 師 許大宇 目錄1、 設(shè)計要求.12、 功能要求.13、 原理及方案論證.1 1、電壓互感器的選型及工作原理.1 1.1選型及外形.1 1.2工作原理.1 1.3原理接線圖.2 2、AT89C52單片機(jī).3 3、通用A/D轉(zhuǎn)換器.44、 硬件系統(tǒng)的設(shè)計及總體框圖.6 1.1 系統(tǒng)仿真接線簡圖.6 1.2總體框圖.7五、小結(jié).8附錄1、電路仿真圖.8附錄2、程序.10南京工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書 課 程

2、 名 稱 檢測技術(shù)與系統(tǒng)課程設(shè)計 院（系、部、中心） 電力工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 姓 名 起 止 日 期 指 導(dǎo) 教 師 許大宇 1課程設(shè)計應(yīng)達(dá)到的目的通過對本課程的設(shè)計，使學(xué)生掌握常見被測量的檢測原理、方法和技術(shù)，了解國內(nèi)外對這些工程量進(jìn)行測控的系統(tǒng)組建原理，通過對檢測系統(tǒng)的設(shè)計與分析，增強(qiáng)學(xué)生理解和運(yùn)用所學(xué)知識來解決實(shí)際問題的能力,逐步掌握根據(jù)具體測控要求、性能指標(biāo)設(shè)計出先進(jìn)測控系統(tǒng)的方法和技術(shù)。2課程設(shè)計題目及要求題目：基于電壓互感器的單相交流電流測量系統(tǒng)設(shè)計要求：（1）電流測量范圍：05A .AC，檢測精度： 0.1A；（2）根據(jù)題意，明確被控對象的功能及性能指標(biāo)

3、；（3）根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇合適的電流傳感器（盡量選擇實(shí)驗(yàn)室中已有的傳感器）；（4）設(shè)計傳感器測量電路；（5）選擇單片機(jī)的品種、型號，設(shè)計單片機(jī)的外圍測量電路；（6）計算有關(guān)的電路參數(shù)，有條件的情況下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測取，明確測量電路輸出與被測非電量的關(guān)系；（7）畫出系統(tǒng)原理框圖（此部分放在說明書的開始）；（8）畫出系統(tǒng)電路圖，最好用PROTEL畫；（9）在說明書中詳細(xì)說明本系統(tǒng)工作原理。3課程設(shè)計任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書、圖紙、實(shí)物樣品等要求(1) 給出設(shè)計說明書一份；(2) 有條件的情況下盡量給出必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；(3) 在說明書中附上完整的系統(tǒng)電路原理圖（手

4、畫或用PROTEL畫）。4主要參考文獻(xiàn)1、 李現(xiàn)明，吳皓編著.自動檢測技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20092、 徐仁貴.單片微型計算機(jī)應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.20013、 陳愛弟.Protel99實(shí)用培訓(xùn)教程.北京：人民郵電出版社.20005課程設(shè)計進(jìn)度安排起 止 日 期工 作 內(nèi) 容年月日布置設(shè)計任務(wù)，熟悉課題，查找資料；月日結(jié)合測控對象，選擇合適的傳感器，理解傳感器性能；年月日設(shè)計傳感器測量電路，選擇合適的單片機(jī)，設(shè)計其外圍電路；年月日設(shè)計電路參數(shù)，有條件情況下，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步理解測量電路輸入輸出關(guān)系；年月日繼續(xù)設(shè)計論證電路參數(shù)，完善系統(tǒng)設(shè)計方案；年月日查找資料，理解系統(tǒng)

5、各部分工作原理；年月日理清系統(tǒng)說明要點(diǎn)，著手設(shè)計說明書的書寫；年月 日書寫設(shè)計說明書，充分理解系統(tǒng)每一部分作用；年月日完善設(shè)計說明書，準(zhǔn)備設(shè)計答辯。年 月 日設(shè)計答辯。6成績考核辦法平時表現(xiàn)30%，設(shè)計成果40%，答辯表現(xiàn)30%.教研室審查意見：教研室主任簽字： 年 月 日院（系、部、中心）意見：主管領(lǐng)導(dǎo)簽字： 年 月 日 一、設(shè)計目的 基于電壓互感器的單相交流電流測量系統(tǒng)的設(shè)計（通過單片機(jī)對電流的測量）二、功能要求1、數(shù)字電流表在平常工作環(huán)境中能良好工作；2、能測05A電流，檢測精度0.1A；3、A/D轉(zhuǎn)換器的使用和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計4、電流表能數(shù)字顯示，且由單片機(jī)處理采集數(shù)據(jù)并驅(qū)動LED顯

6、示三、原理及方案論證1、電壓互感器的選型及工作原理 1.1選型及外形 電壓電流的測量選用TVA1421型立式穿芯小型精密交流電壓，電流互感器，這種通用型互感器是由兩個相同副線圈構(gòu)成的電流互感器，測量精度高，采用范圍寬，也較靈活。1.2工作原理其工作原理與變壓器相同，基本結(jié)構(gòu)也是鐵心和原、副繞組。特點(diǎn)是容量很小且比較恒定，正常運(yùn)行時接近于空載狀態(tài)。 電壓互感器本身的阻抗很小，一旦副邊發(fā)生短路，電流將急劇增長而燒毀線圈。為此，電壓互感器的原邊接有熔斷器，副邊可靠接地，以免原、副邊絕緣損毀時，副邊出現(xiàn)對地高電位而造成人身和設(shè)備事故。 測量用電壓互感器一般都做成單相雙線圈結(jié)構(gòu)，其原邊電壓為被測電壓（如

7、電力系統(tǒng)的線電壓），可以單相使用，也可以用兩臺接成V-V形作三相使用。實(shí)驗(yàn)室用的電壓互感器往往是原邊多抽頭的，以適應(yīng)測量不同電壓的需要。供保護(hù)接地用電壓互感器還帶有一個第三線圈，稱三線圈電壓互感器 電壓互感器。三相的第三線圈接成開口三角形，開口三角形的兩引出端與接地保護(hù)繼電器的電壓線圈聯(lián)接。 正常運(yùn)行時，電力系統(tǒng)的三相電壓對稱，第三線圈上的三相感應(yīng)電動勢之和為零。一旦發(fā)生單相接地時，中性點(diǎn)出現(xiàn)位移，開口三角的端子間就會出現(xiàn)零序電壓使繼電器動作，從而對電力系統(tǒng)起保護(hù)作用。 線圈出現(xiàn)零序電壓則相應(yīng)的鐵心中就會出現(xiàn)零序磁通。為此，這種三相電壓互感器采用旁軛式鐵心（10KV及以下時）或采用三臺單相電壓

8、互感器。對于這種互感器，第三線圈的準(zhǔn)確度要求不高，但要求有一定的過勵磁特性（即當(dāng)原邊電壓增加時，鐵心中的磁通密度也增加相應(yīng)倍數(shù)而不會損壞）1.3原理接線圖2. AT89C52單片機(jī)AT89C52 是美國ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存 儲器（PEROM）和256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM ），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)， 與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51 指令系統(tǒng)及8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8 位 央處理器（CPU）和Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大AT89C52 單片機(jī)適合于許多較

9、為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。主要性能參數(shù) ·與MCS-51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 ·8k 字節(jié)可 擦寫Flash 閃速存儲器 ·1000 次擦寫周期 ·全靜態(tài)操作：0Hz24MHz ·三級加密程序存儲器 ·256 ×8 字節(jié)內(nèi)部RAM ·32 個可編程I O 口線 ·3 個16 位定時計數(shù)器 ·8 個 斷源 ·可編程串行UART 通道 ·低功耗空閑和掉電模式 功能特性概述 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，256 字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I O 口

10、線，3 個16位定時計數(shù)器，一個6 向量兩級 斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C52 可降至0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU 的工作，但允許RAM，定時計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。3、通用A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。ADC0832 具有以下特點(diǎn)： 8 位分辨率；

11、雙通道 A/D轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； 5V 電源供電時輸入電壓在 05V 之間； 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為 32S； 一般功耗僅為 15mW； 8P、14PDIP（雙列直插）、PICC 多種封裝； 商用級芯片溫寬為0°C to +70°C，工業(yè)級芯片溫寬為- 40°C to +85°C；芯片接口說明 CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/-使用。 CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/-使用。 GND 芯片參考 0 電位（地）。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 DO

12、數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CLK 芯片時鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。 4、 硬件系統(tǒng)的設(shè)計及總體框圖5、 1. 系統(tǒng)仿真接線簡圖 系統(tǒng)仿真接線簡圖本設(shè)計中用到AT89C52單片機(jī)、八位ADC AD0832、六位八段顯示數(shù)碼管LED，通用運(yùn)放 UA741 、必要的電阻、電容元件等。系統(tǒng)原理方框圖電路仿真見上圖所示。交流電源電壓互感器AD轉(zhuǎn)換采樣 電路AT89C51LED顯示 2、 設(shè)計的總體框圖 開始寫AD0832設(shè)置狀態(tài)設(shè)置狀態(tài)讀AD0832讀數(shù)×5除256讀數(shù)×5除25610mA量程0.1A量程C程1A量程10A量程顯示譯碼讀數(shù)×

13、;105、 小結(jié) 兩周的課程設(shè)計結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，和同學(xué)一起相互探討，相互學(xué)習(xí)。體現(xiàn)出自己單獨(dú)設(shè)計的能力以及綜合運(yùn)用知識的能力，體會了學(xué)以致用，突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。在此感謝我們的許大宇老師，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，一絲不茍的作風(fēng)一直是我們學(xué)習(xí)工作中的榜樣，您開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我們很順利的完成了這次的課程設(shè)計。同時感謝幫助過我們的同學(xué)，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)的友誼。6、 參考文獻(xiàn)1、 李現(xiàn)明，吳皓編著.自

14、動檢測技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20092、 徐仁貴.單片微型計算機(jī)應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.20013、 陳愛弟.Protel99實(shí)用培訓(xùn)教程.北京：人民郵電出版社.2000附錄1.仿真電路圖附錄2程序#include<reg52.h>/包含相應(yīng)的頭文件#include<intrins.h>#include<math.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar axs6,azs6,ac10,dc6;void ITOAZ(int num,uchar *p); void ITO

15、AX(int num,uchar *p);float U,U1;sbit CS=P34;/定義數(shù)模轉(zhuǎn)換器硬件對應(yīng)引腳sbit CLK=P35;sbit DO=P36;sbit DI=P37;/*讀寫AD0832函數(shù)*/*/unsigned char ReadADC(unsigned char channel) unsigned char j; unsigned char Temp=0; DI=1; _nop_(); _nop_(); CS=0;/拉低CS端 _nop_(); _nop_(); CLK=1;/拉高CLK端 _nop_(); _nop_(); CLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿

16、1 _nop_(); _nop_(); CLK=1;/拉高CLK端 DI=(channel>>1)&0x1; _nop_(); _nop_(); CLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿2 _nop_(); _nop_(); CLK=1;/拉高CLK端 DI=channel&0x1; _nop_(); _nop_(); CLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿3 DI=1;/控制命令結(jié)束 _nop_(); _nop_(); for(j=0;j<8;j+) /處理讀入8位數(shù)據(jù) CLK=0;_nop_(); Temp=(Temp<<1)|DO; _nop_

17、(); CLK=1; CS=1; CLK=0; DI=1;return(Temp); /返回轉(zhuǎn)換值/*/*/*顯示轉(zhuǎn)換函數(shù)*/*/延時函數(shù)void delay(uint n)uint a;uchar i;for(a=n;a>0;a-)for(i=0;i<2;i+); /將浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)成函數(shù)void ITOC(float f,uchar *c)float zs,xs;int bxs,bzs,i,k=0;xs=modf(f,&zs); /分離整數(shù)部分與小數(shù)部分函數(shù) if(P3=0XFE) bxs=(int)(xs*100)+0.5); else bxs=(int)(xs*100)+

18、0.5); /小數(shù)點(diǎn)后兩位有效數(shù)字ITOAX(bxs,axs); /把小數(shù)部分轉(zhuǎn)換成字符串存入axs數(shù)組bzs=(int)zs; /把整數(shù)部分轉(zhuǎn)成整型ITOAZ(bzs,azs); /把整數(shù)部分轉(zhuǎn)換成字符串存入azs數(shù)組 for (i=0;axsi!='s'i+) /把最終結(jié)果存入c數(shù)組ci=axsi; ci='.'for(k=0,i=i+1;azsk!='s'k+,i+) ci=azsk; if(U<0) ci='-' else ci=0xff;ci+1='s'/將整型數(shù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的void ITOAZ(i

19、nt num,uchar *p) uchar w,i=0; dow=num%10; /將整型數(shù)各位分離，并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的字符存入a中pi=w; num=num/10;i+;while(num); pi='s'/將小數(shù)數(shù)部分轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的void ITOAX(int num,uchar *p) uchar w,i=0; dow=num%10; /將整型數(shù)各位分離，并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的字符存入a中pi=w; num=num/10;i+; while(num); while(i<2) pi=0;i+; pi='s' w=pi;/顯示譯碼函數(shù)void decode(uchar *n,uchar *dn) uchar i;for(i=0; ni!='s'i+) switch( ni) case 0: dni=0x3F;break; case 1: dni=0x06;br