简易电能质量检测装置

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1、简易电能质量检测装置摘要本简易电能质量检测装置由单片机主控制模块，电源模块、信号变换与处理模块和数模转换模块等构成。C8051F340为主控单片机，它能准确的完成同时对一路工频交流电（有失真的正弦波）的频率、电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数和谐波占有率等进行测量。通过软件倍频技术，对输入电压信号的频率进行64倍频，并以倍频后的频率作为模数转换器的采样频率，则数模转换器采样间隔会随电压信号频率的变化而相应变化，即能够实时采样。系统调试时，用函数发生器输出止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和

2、电路移和后代表同一路信号的电流信号输入。关键词：电能质量单片机工频交流电谐波一、系统设计方案及原理图1.1总体设计思想通过分析赛题得，木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，系统整体桐图如下图1所示。图1系统整体框图单片机只能处理数字量，其IA）口的TTL电平有一定的限制：一般高电平在2.4V-5V之间，低电平在0V-0.4V之间，并II模数转换器一般只能采样正的信号值，故输入的交流电压与电流信号要分别经电压变换与处理模块和电流变换与处理模块处理后，冰能送数模转换器进行采样与量化处理。其工作过程为

3、：主控制器模块将数模转换器输入的数据处理后，通过显示模块进行显示，按键模块可通过主控制器模块，来间接控制显示模块显示内容的切换。1.2主要单元模块电路图及分析1.2.1电源部分电路HT7533图2屯源部分电路图为便于本试题的设计与制作，设定待测的100〜500V交流输入电压、10〜50A交流输入电流均经由和应的变换器转换为对应的1〜5V交流电压。设计中，通过采样保持电路实现了对电压和电流两路信号的分别保持，保证了电压信号和电流信号采样的同吋性，从而确保了功率测量的准确性。1.2.2单片机主控制电路+33♦3.3VCDVD17)123

4、45678910P00P0.1VDDPO2PO3PO4P05P0.6/XTAL1P0.7/XTAL2D+P1nD-P1.1Pl.2Pl.3Pl4/CNVSTRPl5/VREFPl6Pl.7REOIHP20▽BUSP21P2.2P23P24P25P26P2.7n易P32P3.4P35P36P37P4.0P41P42P4.3P4.4P45P46ONDP47U2VfAVDD)11121314C8051F340"3T4fizzz3324232221图3主控制器部分原理图电源电路提供稳定的+3.3V工作电压，时钟电路用于产生单片机工作所需的时

5、钟信号，复位电路使单片机实现初始化状态复位。C8051F340中的串行接口能方便的与其它串行传送信息的外围设备实现双机，多机通信。它的内部有一个10位SARADC和一个差分输入多路选择器，可提供10位AD转换电路。系统用C8051F340作为MCU,通过LF353运放，进行整波，并用18V稳压源进行稳压。利用RC震荡电路实现一个信号输入同时产生电压与电流信号输入的效果，来得到其波形的相位差。同吋通过调节连端的电阻来校正输入数据的准确程度。因为模数转换器ADC不能采集二维数轴负半轴的信号，所以要在电压和电流两个数模转换通道前各加一个波

6、形移位电路，其原理图如上图3所示，使输入波形不失真的全部移到二维数轴的正半轴以上。1.2.3移相电路在交流电路中，电阻电路是线性的，电容的相位超前90度，电感的相位滞后90度。选择不同的RC数值，能使RC组成电路的输出相对输入产生不同的相移，理论上一级RC最大相移可达90度，通常可以2级、3级串联使用（在振荡器中），这样最大相移可达2700。适当改变K和C的值，则可满足不同的和移要求。本系统移和电路将输入的电压信号移位后代表同一路的电流信号，便于系统的调试。1.2.4显示系统1OKLDD)■VDD〉vrz>cvoJHRW/S1D■A

7、Td~T~>ATj~DATZ3IJZsU-4~DATJIZJATe5~-^-3.3V(DVDD)•33V/hhsQlll1111111121•-阁5显示电路原理阁显示模块我们使用了12864F这款液晶模块。这块液晶是点阵型液晶模块，自带中文字库。选择这块液晶模块是从系统实际需要和将来的扩展空间出发考虑的。由于显示模块只需显示设定输出值和实际输出值，从降低成本出发不必使用更高级的液晶模块。二、系统硬件设计与计2.1信号波一周期采样点数的确定由奈奎斯特采样定理得，在

8、信号频率变化时若都能保证对信号周波A等间隔、均匀采样60个点，经FFT算法后不仅能够达到工频交流电测量的要求，而且可以对齊通信号的30次以下的谐波进行分析，这足以满足赛题要求测量5次的谐波含量的要求，同时考虑到采样点数较少时，积分法进