基于单片机的单相电压电流表设计——开题报告.doc

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1、本科毕业设计（论文）开题报告题目基于单片机的单相电压电流表设计学生姓名***学　号******教学院系电气信息学院专业年级自动化2008级指导教师***职　称副教授单　　位电气信息学院一、设计背景与意义1.1设计背景交流电与人们的生活紧密联系，不论是学习、工作还是娱乐都离不开交流电。电网电压在使用中会因为各种突变引起电压电流突变。有时大的电压变化可能损坏用电设备，特别是在工厂出现这种情况将会造成巨大的经济损失。因此能够实时显示电网电压和用电电流并能把数值上传到上位机进行集中监控的电压电流仪表具有重要意义。交流数字电压电流表是

2、采用数字化测量技术，把连续的模拟量（交流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，显示出强大的生命力。新型数字电压表以其高准确度、高可靠性、高分辨率、高性价比等优良特性倍受人们的青睐。1.2电流电压研究现状电压电流测量是电子测量的一个重要内容

3、。测量仪器总的可分为两大类：即模拟式和数字式的。模拟式的电压电流表是指针式的。用磁电式电流表作为指示器，并在电流表表盘上以电压或电流刻度。它主要由电阻R和表头串联组成，测量部件表头的设计是利用载流线圈在磁场中受力矩作用的原理。数字式电压电流表首先将模拟量通过模/数（A/D）变换器变成数字量，然后用电子计数器计数，并以十进制数字显示被测电压值。7模拟式电压电流表由于电路简单、价廉，特别是在测量高高频电压时，其测量准确度不亚于数字电压电流表，故在目前，在电压电流测量中仍将占有重要的地位。数字式电压电流表在近年来已成为极其精确，灵

4、活多用的电子仪器，并且价格正在逐渐下降。数字式电压电流表能很好地与其他数字仪器相交接，因此在电压测量系统中是非常重要的。目前数字电压电流表具有实时显示、显示范围宽、分辨率高、输入阻抗高、集成度高、功耗小、抗干扰能力强、可扩展能力强等特点。二、研究内容本设计是针对交流电压和电流采集系统的研究，以单片机为核心，设计并制作220V交流电压电流的采集和实时显示的硬件系统。在制作的硬件平台上编写相关程序实现220v交流电压电流的数据采集和显示。三、方案选型3.1功能要求将模拟量的电压电流待测信号转换成数字量，再采用合适的单片机进行电压

5、电流的计算和显示；完成硬件、软件系统设计。1、电压值、电流值同步显示2、电压范围0～300V，误差2V。3、电流范围0～5A，误差0.03A3.2系统总体方案规划本设计主要由六大模块组成：电压电流信号采集模块、信号处理模块、模/数转换模块、单片机控制模块、显示模块和通信模块。按系统功能实现要求，控制模块采用单片机。系统总体框图如图一所示：7显示模块单片机模/数转换信号处理电压电流采集待测交流电图一系统总体框图3.3各模块的实现方案3.3.1电压电流采集模块方案一、电阻分压分流采样通过将电阻串联或并联到待测电路中，待测电流流过

6、电阻，从而采集到电压电流值。方案二、电压电流互感器采样互感器(instrumenttransformer)是按比例变换电压或电流的设备。它能将输入的高电压或大电流待测信号按比例变换成标准低电压（100V）或标准小电流（5A或1A，均指额定值），以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。使用互感器能隔开高、低电压系统，从而保证人身和设备的安全。方案一主要适用于小电压小电流信号的采样，其优点是接线简单，易于实现，但由于将电阻在原电路网络中的介入，功率损耗增大，且会对原信号产生干扰，故采样误差相对较大。方案二适用于

7、高电压、大电流的采样，由于其采用变压器原理，功率损耗极低，而且很好地实现了电气隔离，采样过程对原信号无影响。考虑到二者都易于实现，但方案二对于220V交流电信号的采样过程优越性明显，故选择方案二来实现。3.3.2信号处理模块交流电网中吸收了各种高、低频噪声，对此用LC滤波器来对采样模块输出的小信号交流电进行滤波。3.3.3模/数转换模块方案一、采用双积分A/D转换技术。7特点：精度高，抗干扰能力强。但高精度的双积分A/D芯片价格较贵，设计系统的成本相对较高。方案二、采用比较型A/D转换器。该方案的特点是：测量速度快(最高可达

8、每秒100万次以上)，电路比较简单，但抗干扰能力差。方案三、采用逐次逼近型A/D转换器（ADC0809）。特点：价格便宜，容易购买，但精度较低。ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器，带有8位模拟量输入通道，有通道地址译码锁存器。其成本低，能满足本设计的功能要求，因而模/数转换模块选用