电能质量检测设计报告

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1、简易电能质量监测装置22目录一、系统设计方案及原理图21.1设计要求21.2设计思想2二、系统硬件设计42.1信号波一周期采样点数的确定42.2电路设计图42.2.1移相电路42.2.2整形电路42.2.3采样电路52.2.4总电路图62.3电路分析63软件设计73.1主程序流程图73.2各子程序流程图74系统测试134.1测试仪器及测量方法134.2测试结果及分析135结束语14参考文献14附录15程序附录1：1522摘要：本简易电能质量检测装置由单片机控制模块，电源模块，信号变换与处理模块等构成。c8051F020为主控单片机，它能准确的完成同时对一路工频交流电

2、的频率、电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因素等进行测量。通过软件对输入电压信号进行实时采样。系统调试时，用函数发生器输出正弦电压信号作为交流信号的电压信号输入，此电压信号经自制的移向电路相后代表同一路信号的电路信号输入。关键词：电能质量单片机工频交流电一、系统设计方案及原理图1.1设计要求1、测量交流输入电压有效值频率：50Hz；测量范围：100～500V；准确度：±0.5％。2、测量交流输入电流有效值频率：50Hz；测量范围：10～50A；准确度：±0.5％。3、测量有功功率P（单位为W）、无功功率Q（单位为var）、视在功率S（单位为VA）及功率

3、因数PF（功率因数为有功功率与视在功率之比）。有功功率、无功功率、视在功率准确度：±2％；功率因数显示格式：0.00~0.99。4、在交流电压、交流电流、有功功率、无功功率、视在功率的测试过程中，能够记录它们的最大值和最小值。1.2设计思想通过分析题目，本检测装置主要有主控制器模块、显示模块、按键模块和信号变换与处理模块等组成。22方案一、分别测量电压信号和电流信号，但是，电流信号不易测量，需用到大量元器件，硬件电路会变得很复杂，成本也高。方案二、直接测量电压信号，通过模拟测量电流信号，即对电压信号移相测量电流信号，再通过对电压和电流的采样和处理，计算出频率，相位差

4、、电压有效值，最大电压，最小电压、电流有效值，最大电流，最小电流、有功功率，无功功率，视在功率，功率因素，同时通过打点的方法将正弦波输出到lcd12864显示器上。设计中，对电压进行移相得到模拟电流，再通过采样保持电路实现对同一时刻的电压和电流两路信号的分别保持，将采样得到的电压电流进行模数转换，以得到实际电压电流。再对电路进行整形，通过捕获上升沿来测量相位及频率，这样能确保功率测量的准确性，而且成本比较低。设计图如图表1：图表1显示模块中通过按键1、2、3、4分别在lcd1602显示频率，相位差、电压有效值，最大电压，最小电压、电流有效值，最大电流，最小电流、有功

5、功率，无功功率，视在功率，功率因素。及在lcd12864显示电压和电流各自的信号。22二、系统硬件设计2.1信号波一周期采样点数的确定在一个周期内，每次都从同一起点开始通过定时来采样64个点。将每采集的点，通过AD转换。2.2电路设计图2.2.1移相电路图1通过硬件模拟来达到电能质量监测的。考虑到电压信号所相对的电流信号与电压信号之间存在90度的相位差，电流信号滞后于电压信号。所以通过移相电路即对输入电压信号移相来模拟电流信号。2.2.2整形电路22图2整形模块利用比较器LM393，将正弦波转换成方波，再由IN4148整流二极管来限制方波的幅值，将输出的方波幅值限定

6、在-1V~+4.3V内。2.2.3采样电路图3采样保持模块我们采用LF398采样/保持器来设计采样电路。LF398是一种高性能单片采样/保持器。它通过1k的电位器来实现调零的作用，8引角的采样控制信号可以由单片机来设定实现，也可利用函数信号发生器的产生脉冲信号来实现控制LF398的采样的点数。222.2.4总电路图2.3电路分析对电压进行移相得到模拟电流，再通过采样保持电路实现对同一时刻电压和电流两路信号的分别保持，将采样得到的电压电流进行模数转换后，以得到实际电压电流。再对电路进行整形，通过捕获上升沿来测量相位及频率。测量相位时，通过D触发器来判断相位超前还是滞后

7、，如果输出为0则相位滞后，如果输出为1则相位超前。223软件设计3.1主程序流程图3.2各子程序流程图（1）电压、电流测量22（2）频率测量22（3）功率测量22（4）定时器0中断22（5）PCA0中断22224系统测试4.1测试仪器及测量方法测试仪表：函数信号发生器，数字万用表，示波器测试方法：用函数信号发生器产生正弦信号波作为电压信号波输入，此电压信号经移相电路移相后作为同一路的电流信号输入，经采样送单片机处理后显示，将显示的各数值同示波器观察值作比较，计算出各误差值。4.2测试结果及分析电压有效值：U=电流有效值：I=有功功率：P=视在功率：S=U*I无功