毕业设计（论文）-低频电压真有效值测量系统正文

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1、1绪论在科学研究和生产实践中，会遇到大量的非正弦波。电压是一个很重要的参数，如何准确地测量模拟信号的电压值，一直是电测仪器研究的内容之一。目前所用的模拟电压表多为平均值检波，存在测量非正弦信号误差较大、测量小信号时漂移较大的问题，致使仪器灵敏度受到限制。传统测量仪表采用的是平均值转换法来对其进行测量，但这种方法存在着较大的理论误差。为了实现对交流信号电压有效值的精密测量，并使之不受被测波形的限制，可以采用真有效值(TrueRootMeanSquare,TRMS)转换技术，亦称为真均方根值。在电气测量中，本文讨论的低频电压真有效值测量系统，从原理上克服了模拟电压表的缺陷。而fl.在再体设计

2、和实现过程中有效地保证了仪器的灵敏度。近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制H新月兄更新。在实时监测和0动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用。电子计算机的飞跃进步，单片机的普及与推广，为电压测量系统智能化做出了贡献。作为重要的测量工再，真有效值测量系统的发展可以说见证了现代工业的发展和科技进步。从传统的模拟多用表，到现在精确度和灵敏度越来越高的数字仪表，多用表的发展可谓是日新月异。目前的有效值测量系统的设计大概可以分为以下儿类：(1)基于单片机的数字有效值测量系统，这类系统中，最有代表性的是89C51系列的。由于8位机在价

3、格和性能方面的优点，这类系统可以说是越来越成熟，并且能根据不同的场合选用不同的核心芯片来满足实际的要求。(2)将传统测量方法和现代数字化测量方法有机结合起来，能适用于工频交流电特征，同时也能适用于非工频电参数测量，以提高通用性。在这类系统中，由单片机实现测量控制、数据分析处理、显示和量程0动转化等功能；由CPLD器件和高速A/D芯片组成双通道高速同步数据采集电路，由锁和倍频电路实现周期内均匀等样问隔。在电了测量技术和0动控制系统中，通常要测量止弦波、矩形波、三角波等波形的交变电压有效值和微弱信号中的噪声，尤其在随机过程测量中，只要能准确测出各个窄频带内与被测波形无关的有效值，就可以得到该

4、随机过程的功率谱密度函数，进行频谱分析和过程控制，而且电压有效值也是电力系统中一个十分重要的参数。因此，交流真有效值的测量是电测领域内一个重要的研究课题。目前，里然一些数字式电压表和智能仪器具有真有效值的测量功能，但结构复杂，价格昂贵；而数字万用表虽然价格低廉，但大多仅能测量正弦电压的有效值，且准确度不太高，频率范围不大。木文介绍的测量电路，结构简单，价格低廉，精度较高，频率范围较宽，波形适应性强。2总体方案设计方案一：利用单片机控制A/D对一个周期内的信号进行连续多点采样，然后通过编写单片机程序在软件中根据冇效值计算公式，利用傅里叶变换等算法积分求平均得到冇效值并且通过数码管显示。被测

5、交流单片机信号Vin>A/D采样►控制►LED显示方案二:采用专用冇效值检测芯片如AD736直接将交流信号转换为直流冇效值信号，然后通过A/D转换器AD0808进行采样处理，最后经由单片机控制数码管显示输出。被测交流真有效单片机信号Vin—►值转换►4<快——►控制—►LED^小方案一软件算法过于复杂，编程难度较大，而方案二软硬件都较简争，故设计屮选用方案二。3单元模块设计系统总体框图：被测交流信号Vin真有效值AD0808转换AD736采样处理单片机处理LED姑示系统主耍由真有效值转换模块、AD0808采样处理模块、单片机处理模块、LED显示模块组成。3.1各单元模块功能介绍及电路设计

6、3.1.1真有效值转换模块真有效值转换模块釆用的芯片是AD736,AD736是AD公司推出的真有效值宵流变换器。和以往的奋效值测量技术不同，真有效值直流变换可以直接测得各种波形的真实奋效值，它不是采用整流加Y•均测量技术，而是采用信号平方后积分的T均技术。采用AD736可以简化仪器的设计，增加信号测量品种，并且灵敏度、精确度也大大改善。系统的核心是测景交流电压的有效值，因此介效值测暈的精度将S接影响系统最终的精度。该器件是按奋效值隐含运算而设计，能计算任意复杂波形的高精度真有效值--直流转换器件，其精度优于0.3%,波峰因素＜5,相对稳定吋间快，是当前集成真有效值转换器性能较好的一种。A

7、D736有效值测量原理如下:一个交变信号的有效值定义为V脯⑴]冰⑴这里，为信号的有效值，T为测量吋间，V(,＞是一个吋间的函数，但不一定是周期性的。对等式两边进行平方得：A边的积分项可以用一个平均来近似Avg[V2(Z)]=

8、£[V2(Z)]^(3)这样式(2)吋以简化为:^5^^[V2(O](4)等式W边除以％^得：VRMS=Avg[V2(r)]Vrms这个表达式就是测量一个信号真实有效值的基础。AD736也是采用的这一原理。阁屮