基于单片机的电量变送器设计.docx

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1、题目：基于单片机的电量变送器设计目录摘要AbstractI11第一章绪论-1-11论文研究的目的及意义-1-1.2 电量变送器的发展趋势-1-1.3 电量变送器的作用-3-1.4 论文研究内容-3-第二章总体方案设计-4-第三章电量变送器的硬件构成-5-3.1 80C196KC芯片-5-3.2 信号输入电路-6-3.3 采样保持器-7-3.4 极性变换电路-7-3.5 存贮器和外围接口电路-8-3.6 实验显TK结果-8-第四章电量变送器的软件设计-11-4.1 主程序-11-4.2 软件定时器O中断-12-4.3 PTSA/D模式-12-4.4 软件定时器1中断-15-4.5 定时器1溢出中

2、断-16-4.6 傅里叶算法原理-16-4.7 A/D转换结果的处理-17-第五章结论-19-参考文献-20-致谢-21-基于单片机的电量变送器设计摘要在现代测控系统中，电量变送器的校准装置是非常必要的检测仪器。市场需求推动变送器校准装置的设计及制造技术的提高。再加上有直流电压、直流电流、谐波含量测量和显示等功能的智能型变送器校准装置因其智能化更是成为了是市场必然趋势。本论文所研究的主要内容是基于80C196KC单片机的电量变送器的硬件组成、软件编写，通过对系统中的电压和电流进行交流采样，然后结合A/D采样处理器对结果的处理后，再根据傅里叶算法研究探讨电量变送器的同步采样的可行性，经过实验得出

3、的结果，可以得出本论文所研究的电量变送器不论在理论和还是硬件方面都是正确的结论。关键词：单片机、傅里叶算法、电量变送器Designofe1ectricpowertransmitterbasedonsing1echipmicrocomputerAbstractInmodernmeasurementandcontro1system,thee1ectrica1quantitytransducerca1ibrationdeviceisverynecessarytestinginstrument.Themarketdemandpromotetheimprovementofdesignandmanufac

4、turetechno1ogyoftransducerca1ibrationdevice.P1usDCvo1tage,DCcurrentandharmoniccontentmeasurementanddisp1ayfunctionofinte11igentvariab1etransducerca1ibrationdevicefortheinte11igenthasbecometheinevitab1etrendofmarket.Themaincontentisbasedon80C196KCsing1e-chiptransmitterpowerofthehardwarecomposition,so

5、ftware,throughtheACsamp1ingofthevo1tageandcurrentinthesystem,thencombinedwiththeA/Dsamp1ingprocessoronthetreatment,accordingtoFouriera1gorithmresearchdiscusse1ectrica1quantitytransducersynchronoussamp1ingisfeasib1e.Throughtheexperimenta1resu1ts,itcanbeconc1udedthatthepowertransmitterinthisthesisisth

6、ecorrectconc1usionbothintheoryandinhardware.KeyWords：Sing1echipmicrocomputer,Fouriera1gorithm,e1ectricquantitytransmitter第一章绪论1.1 论文研究的目的及意义随着现代科学技术快速发展，让设计、制造及工艺水平也得到了提高。从而使得高精度测量、检测领域中，测量设备、测量手段和测量方法都得到了迅速发展。而电量变送器则是为了自动化系统提供能使用原始数据的重要设备，是使被测电量（如电压、电流、有功和无功电能、有功和无功频率、相位等）比例变换成与它相对应的直流输出信号的测量仪器，并且该

7、直流输出信号可以和系统运动装置、测量显示仪表、电子计算机的输入匹配，一并构成自动化测量监控系统，随着它应用范围的日益广泛，其被使用量逐渐增大，重要性也愈来愈强。但是为了保证人们的输送电量的稳定，保证运电质量，需要一定的校准设施，其中定期计量检测成为了变电器不可缺少的一部分，而且它可以定时定期的检测输送电量的情况，保证每一时刻的电量安全，而且具有电流、电压、和各种直流和交流电量的监测等功能，所以定时计量器将会更加的被市场所认可。1.2 电变送器的发展趋势在20世纪50年代，电量变送器已经产生，只不过当时技术落后不能满足大多数的工厂等大型重型单位的需要，在人们的不断研发中，它的整体技术得到了很大的

8、提升，而且基本的功能也是更加完美，其中它在测量上从基础的变送器转变为运用计算机控制的数字变送器。而如今技术的进步已经达到了智能化，不需要人的管理，但依然有些不足之处，还有待我们共同的努力而不断提高变电器的技术上由于技术的进步，早期的模拟电量变送器已经被数字电量变送器所取代，但在一些基础工业上，由于模拟电量变送器的成本比较低，而且操作比较简单还在应用，在一些大型的工厂中，数字电量器由于计算机的操控，可以长期的保证操作正确率。但是所用到的技术比较复杂，只有一些大型的国产产业才可以看到,而现在所研究的嵌入式的计算机电量测试仪，其功能更加强大，可以使技术人员在家中运用笔记本进行观测变量器的情况，更加的

9、人为化，具有很大的发展潜力,从多年来智能仪器的飞速发展可以窥见一斑。多年来，在测量技术范畴中，各种模拟指针表、电位差计、电桥及分压箱等测量设备一直占据着核心地位。尽管这些仪器仪表有工作可靠稳定、结构简单等许多长处，但也同样存在速度小、操作繁琐、量程范围不大，无法实现自动化测量的缺点。经过几十年的发展，直流量测量经历了由模拟到数字，由机械到电子式的发展，现在对高精度测量普遍采用数字测量方式。数字式仪表自问世以来发展迅猛，其应用范围也越来越广泛。数字式仪表的高速发展，使它己成为实现测量自动化、提高工作效率不可缺少的仪表。数字化是当前计量仪器仪表发展的主要方向之一。数字电量变送器所采用的采样技术有两

10、种，分别是直流和交流采样的方法。数字电量变送器刚开始应用时，所采用的采样技术普遍是直流采样法，采样的参量为整流后的直流量,电压、电流被测量时都是通过测量其平均值来决定电参量的有效值，该方法具有计算简便、设计容易的优点，只要将采样值比例变换就能计算出被测量数值。然而该方法还是留有不足，比如：测量精度受整流电路的影响很大，而这种情况在谐波污染厉害时，将出现高达10%以上的偏差。电流有效值、电压有效值及相角因为计算而存在着不小的偏差，这导致计算出来的功率值也具有很大偏差。现在所具有的数据采样法多种多样，其中还有一种采样法是交流采用法，其原理是利用一些特殊规律，从而循环的采样，经过一些特定的计算方法，

11、采用计算机的软件功能，无限次的放大采样，来减少错误率，使由于时间的连续数据更换而产生的误差变小，在其中有一些关键性的数据，从而控制着程序的正常运行，长时间内只要这些数据不发生改变，那么程序将循环达到持续的运行，保证了正常工作，从而减少了误差；剩下的误差则是由连续电压、电流进行量化而产生的，而这又是由A/D转换器的位数所决定的。随着技术的不断发展，电子技术也在时代的进步潮流中不断进步，而且使得微型处理器技术也在不断的发展?在此期间，为了交流采集的运用，A/D转换器也因此被研发，而且不断的改进，从而使交流采样更加的被广泛接受并应用。与直流采样法相比交流采样法具有如下几个方面的优势：1）在硬件结构方

12、面简化了变送器，降低了成本；2）电量变送器的精度及变送器的抗干扰能力都是由高精度数字滤波算法从根本上提高的；3）电量变送器的适应能力很不错，不需改变硬件，只要调整程序就能够改变电量变送器的工作状态。1.3 电变送器的作用在对一些交流电压，交流电流，还有功率问题，频率问题等因素的监控方面,电量变送器取得了关键作用，而且在一些电池的检测方面，以及电网的自动调度方面已经被人们广泛使用久它主要从以下两个角度对其所处系统的性能产生作用：1） 测量速度，是系统快速运行的基础，唯有符合特定时间条件，电量变送器才能发挥它的功用；2）测量精度，是系统正确反应当前状态的主要条件，唯有确保特定精度要求，电量变送器才

13、能被赋予其实际意义。综上可知电力系统是否能安全稳定运行，电量变送器的性能在这其中起到了至关重要的作用。在电力系统日益进步形成大功率、庞杂网络的现在，为了合理地监测、支配并协调电力系统的运行方式，并且能迅速处理各类对整个系统正常运行产生影响的事故以及不正常情况，让电力系统故障和设备损坏所产生的损失减少到最低，电量变送器的性能被要求愈来愈高，即：2） 一定要确切地对被测电量的变化做出反应，剔除杂音、克服扰乱；3） 一定要迅速反应，让电力系统的保护控制装置迅速做出响应。1.4 论文研究内容本论文研究的主要内容是基于80C196KC单片机的电量变送器的硬件组成、软件编写，通过对系统中的电压和电流进行交

14、流采样，然后结合A/D采样处理器对结果的处理后，根据傅里叶算法研究电量变送器的同步采样的可行性。第二章总体方案设计本论文所研究的电量变送器是采用英特尔公司生产的80C196KC芯片作为中央处理器，硬件总设计框图有五部分构成，分别是：中央处理器、信号输入电路、采样保持器、极性变换电路、存贮器和外围接口电路。当程序规划时，按照软件定时器O在采样周期内控制采样，当周期采样结束后，运行软件定时器1进入计算子程序。为尽量让系统运行稳定，缩减主程序被中断程序中断的次数，A/D转换应该结束中断而选择外设事务服务器。显示子程序中各参量的循环显示是通过定时器1溢出中断来控制的。本论文的程序构成为主程序及中断处理

15、程序。经由A/D转换器处理后得出结论。第三章电量变送器的硬件构成本论文所研究的电量变送器是采用英特尔公司生产的80C196KC芯片作为中央处理器，硬件总设计框图有五部分构成，分别是：中央处理器、信号输入电路、采样保持器、极性变换电路、存贮器和外围接口电路，具体框图如图（3.1）所示：EPROMQ3IIE3IEQ3IEUa3IIEZ与引匚图3.1硬件总框图3.180C196KC芯片80C196KC芯片属于CHMoSI6位单片机，性能较高，是由英特尔公司生产的，它的主要性能特点如下：80C196KC采用寄存器一寄存器和“水平窗口”、“垂直窗口”结构，其中“水平窗口”可直接寻址专用寄存器的个数增多，

16、而“垂直窗口”的作用则是把片内的的RAM（512字节）中的任意局部映射到（M）H0FFH空间中的顶部，因此中央处理器可以访问512字节的寄存器空间，这样一方面解决了一般结构中具有的累加器瓶颈效应，让操作速度及数据吞吐能力都大大提高，另一方面对于所有中断服务程序局部变量所指定的专用寄存器去掉了中断服务过程中保护及恢复寄存器现场所需要的软件费用，大大简化了程序设计。80C196KC芯片可使用多达24MHZ的晶体振荡频率，当2分频后，就能得到内部状态周期且每个指令的执行时间相对不长，可用于复杂的计算。8通道A/D转换器，可根据具体需要选择10位或8位转换方式以加快转换过程。16位监视定时器，当系统出现软件