正文(改20624)最终版本

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1、1绪论1.1选题背景上世纪末，随着大功率晶体管技术发展、大规模集成电路和计算机技术的飞跃发展，交流电机的变频调速技术已日趋完善，并在各行各业中得到了广泛的应用，尤其在暖通空调和加工领域其节能效益显著。随着经济改革的不断深入，市场竞争的不断加剧，节能降耗已经成为降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一。改善现有设备的运行状况，提高系统安全可靠性和设备利用率，延长设备使用寿命等优点在个应用领域中已充分体现。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。目前应用的设备中大部分的耗电量很大，而且没有一个有效的监控设施来对其监控，资源的

2、浪费比较严重，因而具有很大的节能潜力。通过对设备的输入输出信号的采集与控制可以分析出设备的运行状况从而可以提示用户如何提高设备的能效比。信号的采集与控制系统正是在这种背景下确定的，最终目的就是设计并研制出一个设备的能效比监测显示系统，以期应用到生产生活领域。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。1.2选题意义在工业生产和日常生活中，都要通过各种方法获取信息。生活中人们通过各种设备获得自己所需要的信息，工厂及单位需要及时而准确的采集到所需目标的各项数值信息。而实际应用中通过以单片机为核心的模块就可以相对快速且准确的对设备

3、进行数据的采集，进而通过把测量到的数据处理后实现对被测设备性能的控制。测量到的数据是最最基础的资料，也是工业生产的眼睛，是改善设备运行状况、控制设备运作的基础指标。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。80因此，及时而有效的处理好测量到的基础数据，不仅能够提高产品质量，而且还可以提高设备利用率，降低能耗。1.3研究内容基于单片机的信号控制及采集系统主要设计并用于家电设备的能效监测上，如何把测量到的信息转化成标准的性能指标参数从而改善系统运行状况是信号控制及采集系统的主要目的。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。设计的要求：①采用单片

4、机设计最小系统；②配备一个彩色显示屏；③能测量电流、电压、4~20mA模拟信号以及水的流量、温度信号，并通过彩色液晶屏显示一段时间内的总功耗、总制冷量、温度值、功率因数等；彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。④配备一个电源模块用于供电；⑤配备一个用于报警的三色指示灯；⑥配有4~20mA输入和输出接口电路；⑦电路可实现过流保护、过压保护、信号流方向保护并可以吸收浪涌电压；⑧所有数据可以保存2年。2系统的硬件设计2.1系统工作原理系统中测量的信号为四路温度信号、一路4~20mA模拟信号、一路电压信号、一路电流信号以及两路

5、PI控制的4~20mA输出信号。四路温度信号通过Pt100电阻测量后转化为电信号传到单片机内；一路4~20mA模拟信号和电压电流信号这三路信号通过电路测量后传到单片机内；两路PI80信号由上面测量到的七路信号确定。单片机通过对测量到的七路信号的处理，算出系统的各个指标，并把计算得到的结果与标准值比较产生反馈信息作用于设备，当系统工作状况欠佳时单片机会输出对应的信号来空三色指示灯显示不同颜色以提示用户。用户通过显示屏上显示的结果设置相应的PI参数，从而改善设备运行状况。系统结构框图如图2.1所示。謀荞抟箧

6、飆鐸怼类蒋薔。图2.1系统结构框图2.2系统硬件电路方案设计根据本课题的工作原理及硬件系统开发分析，采用模块化设计理念与解决方案，设计出硬件系统平台，硬件系统包括：单片机最小系统模块(MCU)、Flash存储模块、电源模块、显示模块、信号采集模块、I/V变换模块、A/D转换模块、功率角测量模块、通讯模块、报警模块、4~20mA控制信号输出模块等。其设计要求是硬件系统稳定、可靠、安全、易于软件开发与功能实现。硬件系统结构框图如图2.1所示。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。2.3芯片的选择与介绍芯片的选取80对与一个

7、系统来说也是一个不容忽视的环节。芯片选取得当不仅可以使硬件电路结构简单、稳定，而且还可以节约开发成本，缩短开发周期。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。2.3.1单片机的选型系统中单片机主要用于处理采集到的各路信号（包括流量信号、电流信号、电压信号、温度信号和PI控制信号），通过对各路信号的采集与处理后在触摸液晶显示屏上显示所测设备的流量值、电流值、电压值、温度值、功率因数值、能效比比值以及能效比曲线等信息。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。由于所测信号比较多而且要处理的信息也比较大，所以系统选用了ATMEL公司的ATmega1

8、28单片机作为核心芯片。ATmega系列单片机，它的精简指令集模式在效率、速度及指令格式上都有很大优势，而且部分产品价格甚至低于同类中档AT90系列单片机的价格，其性价比更高。而ATmega128单片机用有128KBFlash、4KBEEPROM、4KBRAM、48个I/O口、34个不同中断源、ISP下载和JTAG仿真等功能，可以很好的完成对信息的处理。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。2.3.2液晶屏的的选择考虑到液晶屏上显示的信息量比较多比较大，所