交直流電流電壓同步測(cè)量方案設(shè)計(jì)王冬

方案與電路設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)交直流同步測(cè)量技術(shù)的研究，包括電流、電壓、功率等指標(biāo)的測(cè)量。其中關(guān)鍵在于功率的測(cè)量方法。功率的定義為P=IUcosθ。單位為W，這即為有功功率。角度θ為電流電壓的相位角，cosθ為功率因數(shù)。在直流電路中，P=UI；在交流電路中，P=IEcosθ。設(shè)計(jì)方案：對(duì)電流電壓進(jìn)行采樣，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模擬量變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字量，將轉(zhuǎn)化成的數(shù)字量再送往單片機(jī)中。這即為對(duì)電壓電流的變量的計(jì)算；再把電壓電流的采樣通過(guò)過(guò)零比較器，轉(zhuǎn)換成方波然后送往單片機(jī)的INT0口和INT1口就可以計(jì)算出電壓電流之間的角度從而通過(guò)軟件控制算出采樣過(guò)來(lái)的功率，然后通過(guò)按鍵模塊控制和液晶顯示模塊分別進(jìn)行控制和顯示。圖1-1同步測(cè)量裝置框圖主控芯片選擇STC90C516RD+單片機(jī)。數(shù)據(jù)采樣選擇電壓互感器和電流互感器，A/D轉(zhuǎn)化模塊選擇PCF8591芯片，按鍵模塊采用獨(dú)立式按鍵，顯示模塊則用LM1602液晶顯示器。二、硬件電路設(shè)計(jì)1、單片機(jī)最小系統(tǒng)：STC90C516RD+是一款超強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，當(dāng)時(shí)鐘頻率在6MHz時(shí)，該復(fù)位電路是可靠的；當(dāng)時(shí)鐘頻率在12MHz是，勉強(qiáng)可用。在要求不高的情況下，可在復(fù)位腳外接電阻電容復(fù)位。圖2-1單片機(jī)最小系統(tǒng)2、電壓電流的取樣電路：1）、對(duì)于直流電路：采用精密的分壓電阻將大電流（電壓）裝換成小電流（電壓）。2）、對(duì)于交流電路選用微型電壓互感器，其變化比為2mA/2mA，負(fù)載小于等于300歐，2次回路輸出直接與A/D轉(zhuǎn)換器相連。圖2-2電壓采樣電路選用微型電流互感器，其變化比為5A/5mA，負(fù)載小于等于100歐，2次回路輸出直接與A/D轉(zhuǎn)換器相連。圖2-3電流采樣電路3、A/D轉(zhuǎn)換模塊采用PCF8591數(shù)據(jù)采集芯片的逐次逼近轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。在A/D轉(zhuǎn)換周期將臨時(shí)使用片上D/A和高增益比較器。一個(gè)AD轉(zhuǎn)換周期總是開(kāi)始于發(fā)送一個(gè)有效讀模式地址給PCF8591之后。AD轉(zhuǎn)換周期在應(yīng)答時(shí)鐘脈沖的后沿被觸發(fā)，并在傳輸前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果是執(zhí)行。一旦一個(gè)轉(zhuǎn)換周期被觸發(fā)，所選通道的輸入電壓采樣將保存到芯片并被轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的8位二進(jìn)制碼。取自差分輸入的采樣將被轉(zhuǎn)換為8位二進(jìn)制補(bǔ)碼。轉(zhuǎn)換結(jié)果被保存在ADC數(shù)據(jù)寄存器等待傳輸。如果自動(dòng)增量標(biāo)志被置1，將選擇下一個(gè)通道。在讀周期傳輸?shù)牡谝粋€(gè)自己包含前一次讀周期的轉(zhuǎn)換結(jié)果代碼。圖2-4模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊4、按鍵模塊：根據(jù)功能需求：電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)，設(shè)立5個(gè)獨(dú)立按鍵即可實(shí)現(xiàn)。圖2-5按鍵模塊電路圖5、顯示模塊：1）、1602LCD基本參數(shù)1602LCD基控制器大部分為HD44780。主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量：16×2個(gè)字符芯片工作電壓：4.5V-5.5V