2017年8月全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)大賽之單相用電器分析監(jiān)測(cè)裝置(方案報(bào)告含程序)(共19頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上2017年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽單相用電器分析監(jiān)測(cè)裝置（k題）【本科組】2017年8月12日專心-專注-專業(yè)摘要：本設(shè)計(jì)以互感器做為監(jiān)測(cè)中心，運(yùn)用ADC0809實(shí)現(xiàn)數(shù)模（A / D）轉(zhuǎn)換。利用單片機(jī)做為控制中心并進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)單相用電器分析監(jiān)測(cè)。本設(shè)計(jì)用于測(cè)試并儲(chǔ)存各單件電路在各種狀態(tài)下用于識(shí)別電器并顯示出用電器的工作狀態(tài)。電路中有用電器工作時(shí)，互感器產(chǎn)生互感電壓經(jīng)過(guò)整流降壓之后將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)入ADC0809中，ADC0809將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)轉(zhuǎn)給單片機(jī)進(jìn)行處理，最后節(jié)果顯示于顯示頻上。特點(diǎn)：本產(chǎn)品是根據(jù)互感電路的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電流的檢測(cè)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可

2、靠，壽命較長(zhǎng)，價(jià)格較低，便于維護(hù)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗鄼z測(cè) 互感器檢測(cè) 用電器監(jiān)測(cè) 目錄1 方案的選擇與設(shè)計(jì)原理1.1 方案的比較與選擇方案一：串電阻檢測(cè)電流可以選擇一個(gè)0.5歐的精密電阻，連接到電路中用差分放大電路采集電阻的電壓差，對(duì)電壓差放大求出電流，這種做法可以實(shí)現(xiàn)測(cè)電流但是誤差比較大。 優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)清晰，成本低，實(shí)時(shí)性好，精度較高。 缺點(diǎn)：溫漂較大，測(cè)量誤差較大，無(wú)隔離效果，量程較大時(shí)，需要分多個(gè)擋來(lái)處理結(jié)果，容易受地的干擾。方案二：霍爾電流傳感器測(cè)量電流輸入為電流輸出為電壓，測(cè)量結(jié)果精度和線性度都比較高，測(cè)量范圍有一定的限制。使用ACS712芯片電路比較簡(jiǎn)單，測(cè)量的電流范圍較大。相比于AC

3、S712電路比較簡(jiǎn)單，MAX471不用外加電源供電，但是電流測(cè)量范圍只在03A。該電流測(cè)量范圍不符合監(jiān)測(cè)基本要求。方案三：電流互感器檢測(cè)電流理想電流互感器兩側(cè)的額定電流大小和它們的繞組匝數(shù)成反比。并且常數(shù)為K。K=I1/I2=N1/N2電流互感器的一次電流取決于一次性電路的電壓和阻抗。電流互感器的工作狀態(tài)接近于短路狀態(tài)。因此對(duì)電能的消耗量較小。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，壽命較長(zhǎng)，便于維護(hù)。價(jià)格較低。缺點(diǎn)：不能用于高頻檢測(cè)，但可用于市區(qū)電檢測(cè)。綜合三個(gè)方案，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，方案三更適合用于單相用電器分析監(jiān)測(cè)，故采用方案三。1.2方案設(shè)計(jì)運(yùn)用電流互感器檢測(cè)電路中的電流，利用整流電路將220v交流電轉(zhuǎn)化為直流

4、電實(shí)現(xiàn)單相用電器分析監(jiān)測(cè)。采用大規(guī)模集成電路ADC0809實(shí)現(xiàn)數(shù)模（A / D）轉(zhuǎn)換,就是把模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量信號(hào)。數(shù)字信號(hào)傳入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及控制，然后通過(guò)顯示屏顯示具體的電流值及各電性參數(shù)。能達(dá)到理想精確值。工作流程圖電阻降壓半波整流互感器用電器顯示屏單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換2檢測(cè)電路設(shè)計(jì)及理論分析2.1檢測(cè)電路設(shè)計(jì)見(jiàn)圖一：檢測(cè)電路當(dāng)一次繞組中有電流1 I通過(guò)時(shí)，一次繞組的磁動(dòng)勢(shì)11產(chǎn)生的磁通絕大部分通過(guò)鐵芯而閉合，從而在二次繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)2E。如果二次繞接有負(fù)載，那么二次繞組中就有電流2I通過(guò)，有電流就有磁動(dòng)勢(shì)，所以二次繞組中由磁動(dòng)勢(shì)2 2I產(chǎn)生磁通，這個(gè)磁通絕大部分也是經(jīng)過(guò)鐵

5、芯而閉合。因此鐵芯中的磁通是由一、二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通F 為主磁通。根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)平衡原理可以得到I1N1+I2N2=I10N1I10N1勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)。電流互感器兩側(cè)的額定電流大小和它們的繞組匝數(shù)成反比。并且常數(shù)為K。K=I1/I2=N2/N1運(yùn)用電流互感器檢測(cè)電路中的電流、功率和電能大小。2.2特征參量設(shè)計(jì)2.2.1設(shè)計(jì)要求及思路設(shè)計(jì)要求：電路電流范圍0.00510.0A。設(shè)計(jì)思路：由互感器測(cè)量電流值（運(yùn)用K=I1/I2=N2/N1），運(yùn)用整流電路將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，再采用大規(guī)模集成電路ADC0809實(shí)現(xiàn)數(shù)模（A / D）轉(zhuǎn)換,把模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量信號(hào)。數(shù)字信號(hào)傳入單片機(jī)進(jìn)

6、行數(shù)據(jù)處理，然后通過(guò)顯示屏顯示具體的電壓值和電流值及各電性參數(shù)。2.2.2參量設(shè)計(jì)所使用的互感器的匝數(shù)比為I1/I2=N2/N1=850/10。半波整流電路由于二極管的單向?qū)щ娮饔?使流過(guò)負(fù)載電阻的電流為脈動(dòng)電流,電壓也為一單向脈動(dòng)電壓,其電壓的平均值（輸出直流分量）為流過(guò)負(fù)載的平均電流為流過(guò)二極管D的平均電流（即正向電流）為加在二極管兩端的最高反向電壓為由于傳入ADC0809的基準(zhǔn)電壓UREF5V，因此利用電阻降壓到5V。輸出電壓公式 其中：為輸出電壓；為基準(zhǔn)電壓；D為輸出二進(jìn)制代碼對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)，該路模擬電壓轉(zhuǎn)換為8位二進(jìn)制代碼。3 硬件電路設(shè)計(jì)與程序設(shè)計(jì)3.1硬件電路設(shè)計(jì)3.1.1檢測(cè)整

7、流電路見(jiàn)圖二：檢測(cè)整流電路互感器將一次系統(tǒng)的高電壓，大電流變換為二次測(cè)的低電壓（標(biāo)準(zhǔn)值），小電流（標(biāo)準(zhǔn)值），使測(cè)量，計(jì)量?jī)x表和繼電器等裝置標(biāo)準(zhǔn)化，小型化，并降低了對(duì)二次設(shè)備的絕緣要求。采用整流電路具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交替的正弦交流電整流成為單向的脈動(dòng)電，再用濾波器將輸入或輸出經(jīng)過(guò)過(guò)濾而得到純凈的直流電。對(duì)特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除。在自動(dòng)測(cè)量和控制系統(tǒng)中，利用濾波電路進(jìn)行模擬信號(hào)的處理，用于數(shù)據(jù)傳送，抑制干擾。利用78LDS和電阻對(duì)直流電進(jìn)行降壓，穩(wěn)壓得到理想的直流電。選用ADC0809，單片機(jī)AT89C513.1.2數(shù)模（A / D）轉(zhuǎn)換電路圖見(jiàn)附件2數(shù)模（A

8、 / D）轉(zhuǎn)換電路圖3.1.3模數(shù)（A / D）轉(zhuǎn)換原理數(shù)模（A / D）轉(zhuǎn)換,就是把模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量信號(hào)。3.1.4單片機(jī)AT89C51電路設(shè)計(jì)見(jiàn)圖三：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89C51電路單片機(jī)是由運(yùn)算器，控制器，主要寄存器組成。具有執(zhí)行各項(xiàng)邏輯運(yùn)算，指令控制等功能。運(yùn)用單片機(jī)處理數(shù)據(jù)信息及調(diào)控顯示時(shí)間。3.2程序設(shè)計(jì)見(jiàn)附件34測(cè)量結(jié)果分析測(cè)量列表:頻率為5.5KHZ用電器電流電壓范圍(V)二進(jìn)制代碼顯示用電器最大值最小值機(jī)頂盒0.002mA0.2200.202The set top box無(wú)線路由器0.002mA0.2590.241routerUSB充電器（帶負(fù)載）0.004mA0.581

9、0.564Usb charger熱水壺6.55A4.674.64The water neater電風(fēng)扇0.19A0.5070.502Electric fan存在測(cè)量誤差：由于使用不同的測(cè)量電器其內(nèi)阻不同。因此所得到的電壓值范圍有所偏移。數(shù)模（A / D）轉(zhuǎn)換得到二進(jìn)制代碼，經(jīng)過(guò)單片機(jī)控制響應(yīng)時(shí)間不大于2，及識(shí)別代碼從而識(shí)別用電器類型。通過(guò)顯示器直接顯示電源線上的電特征參數(shù)，電器的種類及其工作狀態(tài)。隨機(jī)增加用電器（電風(fēng)扇，USB充電器（帶負(fù)載）和熱水壺同時(shí)使用），可以實(shí)時(shí)指示用電器的類別和工作狀態(tài)。用電阻自制一件最小電流的用電器，可以識(shí)別的最小電流值為0.001mA。參考文獻(xiàn)：1余孟嘗.數(shù)字電子

10、技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程（第三版）高等教育出版社2006年7月2楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程（第三版）高等教育出版社2006年5月3侯殿有.單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 北京：人民郵電出版社2010年11月4孫煥銘.51單片機(jī)C程序應(yīng)用實(shí)例詳解 北京航空航天大學(xué)出版社2011年3月附件1：電路總圖見(jiàn)圖一：檢測(cè)電路見(jiàn)圖二：檢測(cè)整流電路見(jiàn)圖三：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89C51電路圖附件2：數(shù)模（A / D）轉(zhuǎn)換電路圖附件2：調(diào)試結(jié)果圖程序附錄:#include<reg51.h>#include <intrins.h>#include <stdio.h>#include <stri

11、ng.h> #define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit ST=P30;sbit OE=P31;sbit EOC=P32;sbit CLK=P33;sbit lcdrs=P20;sbit lcdrw=P21;sbit lcden=P22;void delayms(uint z); /延時(shí)1ms函數(shù)uint ADC_convert(); /ADC轉(zhuǎn)換void init(); /液晶初始化void write_com(uchar com); /1602寫(xiě)指令void write_date(uchar date); /1602

12、寫(xiě)數(shù)據(jù)void Refresh_show();/刷新顯示void LCD_display(uchar *str); /輸出字符串uint dat_adc0808;uchar display_buffer16= "Current voltage:", " (vol)=0.00V" ;uchar code table1=" no Electric "/14uchar code table2=" JIAN CE DIAN LU "/11uchar code table3="i=2mA Router "

13、uchar code table4="i=4mA USB charger"uchar code table5="i=190mA Ele FAN "uchar code table6="i=40mA LED Light"uchar code table7="i=6600mA W-Herter"/ /*&&&&&&&&&&&&&&&& 向1602寫(xiě)指令函數(shù) &&&&am

14、p;&&&&&&&&&&&&*/ void write_com(uchar com) lcdrs=0; lcdrw=0; lcden=0; P1=com; delayms(5); lcden=1; delayms(5); lcden=0; /*&&&&&&&&&&&&&&& 向1602寫(xiě)指令結(jié)束 &&&&&&&&&am

15、p;&&&&&&&&&*/ /*%向1602寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù)%*/ void write_date(uchar date) lcdrs=1; lcdrw=0; lcden=0; P1=date; delayms(5); lcden=1; delayms(5); lcden=0; /*%向1602寫(xiě)數(shù)據(jù)結(jié)束%*/*液晶初始化*/ void LCD_init() uchar num; write_com(0x38);/初始化 顯示模塊設(shè)置write_com(0x0c); /顯示光標(biāo)write_com(0x06);/當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后

16、地址指針加1，且光標(biāo)加1write_com(0x01); /顯示清屏 write_com(0x80); /不顯示光標(biāo) for(num=0;num<10;num+)/顯示 table1=" POWER SOURCE " 有十四個(gè)字 write_date(table1num); delayms(10); write_com(0x80+0x40); /指針設(shè)置 這里讓他第二行開(kāi)始顯示 for(num=0;num<16;num+) / table2=" welcome "/11 write_date(table2num); delayms(10);

17、/*液晶初始化結(jié)束*/*模數(shù)轉(zhuǎn)換并用于顯示顯示*/uint ADC_convert() while(1) ST=0; ST=1; ST=0; while(1)CLK=!CLK;if(EOC=1)break;/等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 OE=1; dat_adc0808=P0; OE=0; return dat_adc0808 ; /*模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束*/*&&&&&&&&&&&&&&刷新顯示函數(shù)&&&&&&&&&&&am

18、p;&&&&&&&*/void Refresh_show() uint t=dat_adc0808*500.0/256; display_buffer17=t/100+'0' display_buffer19=t/10%10+'0' display_buffer110=t%10+'0' /*&&&&&&&&&&&&&&&刷新顯示函數(shù)結(jié)束&&&&

19、;&&&&&&&&&&&&&&&*/*lcd顯示字符串*/ void LCD_display(uchar *str) uchar i;for (i=0;i<strlen(str);i+ ) write_date(stri); delayms(5); /*lcd顯示字符串結(jié)束*/ /*# 延時(shí)1ms子函數(shù)#*/ void delayms(uint z) uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=125;y>0;y-); /*#延時(shí)1ms子

20、函數(shù)結(jié)束#*/void main()uchar num;LCD_init(); while(1) ADC_convert(); Refresh_show(); write_com(0x80); LCD_display(display_buffer1); Refresh_show(); delayms(5); write_com(0xC0); if (display_buffer17=48)&(display_buffer19=50)&(display_buffer110=51)|(display_buffer110=52)|(display_buffer110=53)|(display_buffer110=54) ) for(num=0;num<16;num+)/顯示 write_date(table3num); delayms(20); if (display_buffer17=48)&(display_buffer19=53)&(display_buffer110=53)|(display_buffer110=54)|(display_buffer110=55)|(display_buffer110=56)|(displ