一種便攜式電力參數(shù)監(jiān)測(cè)儀

1、一種便攜式電力參數(shù)監(jiān)測(cè)儀        摘要：介紹以PIC16F877微控制器為核心的便攜式電力參數(shù)監(jiān)測(cè)儀的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理與軟件流程。關(guān)鍵詞：微控制器；電力參數(shù)；監(jiān)測(cè)1儀器的構(gòu)成與工作原理11儀器的構(gòu)成圖1為儀器的原理框圖。儀器由傳感器、低通濾波、采樣保持、信號(hào)調(diào)理（含整形電路）、鑒相電路、PIC16F877微控制器系統(tǒng)、LCD顯示以及操作鍵等部分組成。圖中，被測(cè)交流電壓、電流信號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器隔離變換后，變成55V的測(cè)量信號(hào)，經(jīng)低通濾波，濾除信號(hào)中的高頻干擾分量。根據(jù)同步采樣定理，PIC16F877微控制器產(chǎn)生同

2、一采樣脈沖信號(hào)控制各采樣保持器，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路信號(hào)的同步采樣，并將此采樣信號(hào)送PIC16F877內(nèi)部集成的10位AD轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)數(shù) 據(jù)分析處理，保存、打印和顯示測(cè)量結(jié)果。為增加信號(hào)過(guò)零點(diǎn)的變化率，提高電路的抗干擾能力，傳感器輸出的信號(hào)須經(jīng)調(diào)理電路進(jìn)行限幅放大、整形得到標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)。三路方波信號(hào)送PIC16F877微控制器，可實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的周期測(cè)量。兩路方波信號(hào)經(jīng)過(guò)鑒相電路后，可得到與相位相關(guān)的脈沖信號(hào)，求出兩路信號(hào)的相位差值。12儀器的工作原理 （1）電壓、電流測(cè)量 在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)電壓、電流連續(xù)采樣，對(duì)得到的N個(gè)采樣數(shù)據(jù)分別計(jì)算出電壓U、電流I的有效值：式中，uk和ik分別為電壓和電流的第k次采

3、樣值。（2）相位、功率測(cè)量相位的測(cè)量采用過(guò)零鑒相法，即對(duì)兩路同頻信號(hào)進(jìn)行限幅放大、整形，通過(guò)記錄同向過(guò)零點(diǎn)時(shí)間差內(nèi)的脈沖數(shù)，計(jì)算出兩路信號(hào)的相位差ø：式中，T為被測(cè)信號(hào)的周期，t為兩路信號(hào)過(guò)零點(diǎn)時(shí)間差值，Ts為采樣周期，n為記錄的采樣脈沖數(shù)值。求得相電壓和電流的相位差ø，則功率因數(shù)為cosø。利用電壓和電流的有效值則可計(jì)算出有功功率PUIcosø，無(wú)功功率QUIsinø和視在功率SUI。（3）電壓偏差的測(cè)量電壓偏差eu為電網(wǎng)電壓相對(duì)于額定電壓的偏離程度。計(jì)算式為：式中，U為被測(cè)電壓的實(shí)測(cè)值，UN為額定電壓值。（4）頻率偏差的測(cè)量電網(wǎng)頻率的測(cè)量計(jì)

4、算通常采用測(cè)量周期的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)硬件檢測(cè)輸入信號(hào)波形的過(guò)零點(diǎn)，采用倍頻計(jì)數(shù)的方法求出信號(hào)周期T。也可將交流采樣法得到的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波，濾出其中的基波后，通過(guò)檢測(cè)波形過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻，求得相應(yīng)周期T，T的倒數(shù)即為電網(wǎng)的頻率。電網(wǎng)頻率的偏差ef為電網(wǎng)的實(shí)際頻率f相對(duì)于額定頻率fN（50Hz）的偏離程度，用下式表示：數(shù)據(jù)處理是儀器軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容，圖4為數(shù)據(jù)處理子程序流程圖。根據(jù)讀取的三相電壓、三相電 流瞬時(shí)值的AD轉(zhuǎn)換量，計(jì)算出對(duì)應(yīng)電壓和電流的有 效值及電壓偏差等電力參數(shù)值。通過(guò)寫控制寄存器CCP1CON的CCP1M3和CCP1M2工作模式粗選位為01，將CCPl模塊設(shè)置為輸入捕捉工作模式，再根據(jù)16位寄存器CCPR1抓取的定時(shí)器TMR1的累加計(jì)數(shù)值，求得被測(cè)信號(hào)的周期值。設(shè)置TMR0為計(jì)數(shù)器工作模式，并將分頻比設(shè)定為11，在高速晶振X1的配合下記錄TMR0的輸入脈沖數(shù)，即可得到相位差計(jì)數(shù)值。然后通過(guò)查表得出相應(yīng)的三相功率因數(shù)，進(jìn)一步求出三相有