電力參數(shù)檢測裝置設計畢業(yè)設計論文

PAGEV單片機原理及接口技術課程設計題目：電力參數(shù)檢測裝置設計院（系）：電氣工程學院專業(yè)班級：學號：課程設計（論文）任務及評語院（系）：電氣工程學院教研室：電氣教研室學號學生姓名專業(yè)班級課程設計（論文）題目電力參數(shù)檢測裝置設計課程設計（論文）任務該檢測裝置實時監(jiān)測380V三相電流，并實時顯示電流有效值，當電流超過100A時發(fā)出聲光報警。設計任務：1.CPU最小系統(tǒng)設計（包括CPU選擇，晶振電路，復位電路）2.電流互感器選擇及模擬量接口電路設計3.電源電路及聲光報警電路設計4.程序流程圖設計及程序清單編寫技術參數(shù)：1．電流上限值100A2．工作電源220V設計要求：1、分析系統(tǒng)功能，盡可能降低成本，選擇合適的單片機、AD轉換器、輸出電路等；2、應用專業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規(guī)定格式，撰寫、打印設計說明書一份，其中程序開發(fā)要有詳細的軟件設計說明，詳細闡述系統(tǒng)的工作過程，字數(shù)應在4000字以上。進度計劃第1天 查閱收集資料第2天 總體設計方案的確定第3-4天 CPU最小系統(tǒng)設計第5天電流互感器及接口電路設計第6天 電源電路以及聲光報警電路設計第7天 程序流程圖設計第8天 軟件編寫與調試第9天設計說明書完成第10天 答辯指導教師評語及成績平時：論文質量：答辯：總成績：指導教師簽字：年月日注：成績：平時20%論文質量60%答辯20%以百分制計算

摘要隨著時代跟科技的發(fā)展，電能在我們日常生活中扮演著越來越重要的角色。我們做什么事都與電分不開聯(lián)系。故此，對于電流的測量在我們的社會生活中就有著非常重大的意義。故此本實驗選擇了89C51單片機作為的電力運行參數(shù)測量裝置，此裝置采用單片機作為測控核心。要求其能夠自動完成電力供電線路的參數(shù)測定、運算和顯示并且在電流超過限定值時完成報警。本文對于運用89C51芯片對于電力參數(shù)的測量有詳細的介紹，并通過Protle99軟件來繪制系統(tǒng)原理圖，在將系統(tǒng)圖連接好并且確定各器件完好且正常運行的情況下。詳細介紹了從輸入380V三相交流電到實時反映電流的有效值，這一系列的運行狀態(tài)。還解決了原有電力參數(shù)檢測裝置，反應速度慢，顯示不精確，效率不高等缺點。關鍵詞：電力參數(shù)；檢測裝置；89C51目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第1章緒論 11.1電力參數(shù)檢測裝置概況 11.2本文研究內容 1第2章CPU最小系統(tǒng)設計 22.1電力參數(shù)監(jiān)測裝置總體設計方案 22.2CPU的選擇 32.3數(shù)據(jù)存儲器擴展 42.4復位電路設計 52.5時鐘電路設計 62.6CPU最小系統(tǒng)圖 7第3章電力參數(shù)檢測裝置輸入輸出接口電路設計 83.1電力參數(shù)檢測裝置傳感器的選擇 83.2電力參數(shù)檢測裝置檢測接口電路設計 83.2.1A/D轉換器選擇 83.2.2模擬量檢測接口電路圖 93.3電力參數(shù)檢測裝置輸出接口電路設計 93.4人機對話接口電路設計 10第4章電力參數(shù)檢測裝置軟件設計 124.1軟件實現(xiàn)功能綜述 124.2流程圖設計 124.2.1主程序流程圖設計 124.2.2模擬量檢測流程圖設計 134.3程序清單 14第5章系統(tǒng)設計與分析 195.1系統(tǒng)原理圖 195.2系統(tǒng)原理綜述 195.3軟件調試結果 20第6章課程設計總結 21參考文獻 22PAGE22緒論電力參數(shù)檢測裝置概況當今社會隨著的電能的普及，電能走入我們家庭跟生活的同時也在改變著我們的生活。時至今日，電作為一種最重要的能源跟我們的工作、生活緊密地聯(lián)系著，可以這么說，如果沒有了電，人類社會就不能正常地運轉，整個社會就會混亂。電作為這么重要的能源，如何來計量它就具有了重要的意義。

大多數(shù)的電力參數(shù)測量系統(tǒng)，多采用8051、80C196等普通單片機作為微控制器。由于其指令周期長、在高速采樣和實時性方面受到一定的限制。電網電壓、電流的過高或過低，都會影響到電器設備的正常使用和使用壽命。應用于電力系統(tǒng)的電力參數(shù)實時監(jiān)測功能，在變電站一級一般都由遠動裝置來實現(xiàn)；而在日常生活中，一般只是利用電能表進行電量的計量，其原理是通過將有功功率對時間的積分來計算有功電能。同時隨著電子科技水平的不斷進步與完善，C8051F020單片機技術體現(xiàn)了單片機集多種器件(包括看門狗，F(xiàn)LASH程序存儲器，同、異步串行口，A/D轉換器，定時器，計數(shù)器等)和多種功能(增強可靠性的復位系統(tǒng)、降低功耗抗干擾的休眠模式、品種多門類全的中斷系統(tǒng)、具輸入捕獲和比較匹配輸出等多樣化功能的定時器、計數(shù)器)于一身。1.2本文研究內容要求對380V的三相交流電流進行實時監(jiān)測，并顯示其有效值。再將信號通過模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字量并供給給89C51單片機。單片機再對信號進行分析如果電流大于100A，則單片機發(fā)出報警。還需要完成裝置的設計和軟硬件調試，在論文中以流程圖、原理圖、程序等形式詳細介紹了裝置電壓電流采樣、數(shù)據(jù)采集計算、鍵盤顯示處理單元的功能實現(xiàn)過程，并總結了每個單元調試過程中發(fā)現(xiàn)的問題，使89C51單片機的諸多特點得到更好的應用，通過實際調試總結了裝置中誤差存在的硬件和軟件原因，考慮到裝置自身功能跟性價比，并提出了減小誤差的方案。

第2章CPU最小系統(tǒng)設計2.1電力參數(shù)檢測裝置總體設計方案電力參數(shù)檢測裝置總體設計如圖2.189C51晶振模塊復位模塊電流檢測模塊報警系統(tǒng)顯示模塊圖2.1總設計系統(tǒng)框圖晶振模塊：為單片機提供時鐘信號。復位模塊：將單片機程序計數(shù)器清零。顯示模塊：顯示電流。報警系統(tǒng)：當電流值超過了允許值時，報警系統(tǒng)會發(fā)出報警。2.2CPU的選擇對于本設計我們選擇89C51單片機為CPU，因為89C51在編程中用途更廣泛，在開發(fā)、修改程序方面優(yōu)于同類單片機，并且其與各大公司的MC-51系列單片機兼容。89C51內部資源：（1）片內4KB

Flash

ROM程序存儲器。（2）5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級。（3）21個特殊功能寄存器。（4）2個16位的定時/計數(shù)器。（5）有4個并行I/O接口分別為P0、P1、P2

和P3口，每個I/O接口有8條可單獨編程的I/O線。（6）128B片內數(shù)據(jù)存儲器。（7）可編程串行口。引腳可分為如下3類：

（1）電源及時鐘引腳：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。（2）控制引腳：PSEN、ALE、EA、RESET（RST）。（3）I/O口引腳：P0、P1、P2、P3，為四個8位I/O口的外部引腳。89C51芯片的I/O口：P0口：P0口有兩個用途，一是作普通I/O口使用；二是作低8位地址數(shù)據(jù)總線使用。P1口：P1口只做作普通I/O使用。P2口：P2口有兩個用途，一是作為普通I/O口使用；二是作高8位地址線。P3口：P3口是一個多功能端口，除了有準雙向I/O功能外，還具有第二功能。引腳圖如下：圖2.289C51引腳圖2.3數(shù)據(jù)存儲器的擴展雖然單片機擁有CPU，RAM，ROM，I/O接口和定時/計數(shù)器，但是單片機內的RAM，ROM跟定時/計數(shù)器等資源往往很有限，并不能滿足單片機在實際應用時對于所有情況的要求，因此我們需要對單片機的存儲資源進行擴展。本文選用的數(shù)據(jù)存儲器為靜態(tài)RAM6264，地址鎖存器為74LS373。其優(yōu)點是寫速度高，一般都是8位寬度，易于擴展，且大多數(shù)與相同容量的EPROM引腳兼容，有利于印刷板電路設計，使用方便；缺點是集成度低，成本高，功耗大。圖2.3數(shù)據(jù)存儲器擴展2.4復位電路設計復位電路是一種用來使電路恢復到起始狀態(tài)的電路設備，它的操作原理與計算器有著異曲同工之妙，只是啟動原理和手段有所不同。對于單片機程序來說，復位電路的存在是非常重要且必要的。復位操作可以使單片機初始化，也可以使死機狀態(tài)下的單片機重新啟動。復位電路，就是利用它把電路恢復到起始狀態(tài)。就像計算器的清零按鈕的作用一樣，以便回到原始狀態(tài)，重新進行計算。和計算器清零按鈕有所不同的是，復位電路啟動的手段有所不同。一是在給電路通電時馬上進行復位操作；二是在必要時可以由手動操作；三是根據(jù)程序或者電路運行的需要自動地進行。復位電路都是比較簡單的大都是只有電阻和電容組合就可以辦到了。再復雜點就有三極管等等配合程序來進行了。當單片機需要復位時，必須依靠外部復位電路來提供脈沖，在復位有效期間，ALE和PSEN引腳輸出高點平。在時鐘電路工作后，單片機得到RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘脈沖以上的高電平，單片機就能實現(xiàn)復位。圖2.4復位電路2.5時鐘電路設計時鐘電路就是產生象時鐘一樣準確的振蕩電路。任何工作都按時間順序。用于產生這個時間的電路就是時鐘電路。時鐘電路的作用是產生可以使單片機工作的時間信號。時鐘信號可以由內部產生也可以由外部產生。89C51單片機內部有一個高增益反向放大器，用于構成片內振蕩器，XTAL1和XTAL2兩個引腳分別是此放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內部時鐘發(fā)生器，如圖2.5所示。而當CPU系統(tǒng)外接晶振時，C3和C4值通常選擇為30pF左右；外接陶瓷諧振器時，C1和C2可穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調作用，振蕩頻率范圍是0到24MHz。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作，諧振器和電容應盡可能安裝的與單片機芯片可靠。圖2.5晶振電路2.6CPU最小系統(tǒng)圖圖2.6最小系統(tǒng)圖第3章電力參數(shù)檢測裝置輸入輸出接口電路設計3.1電力參數(shù)檢測裝置傳感器的選擇本文要求的輸入電流為380V三項交流電，所以為了保證電力系統(tǒng)安全經濟的運行，同時對電力設備的運行情況進行監(jiān)視和測量，需要在系統(tǒng)中加入電流互感器。在此我選擇GB1208-2006電流互感器。因為一般的測量和保護裝置不能直接接入一次高壓設備，而需要將輸入的大電流按比例經電流互感器變換成小電流，才可以供給測量儀表和保護裝置。在測量交變電流的大電流時，就需要電流互感器來進行電流的升降，線路上起初的電流較大，所以是不可以直接測量線路上的電壓的。電流互感器就起到變流和電氣隔離作用，其對于保護系統(tǒng)安全起著十分重要的作用。3.2電力參數(shù)檢測裝置檢測接口電路設計3.2.1A/D轉換器的選擇A/D轉換器即是我們常說的模數(shù)轉換器，簡稱為ADC，指將一個模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。由于數(shù)字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉換器都需要一個參考模擬量作為轉換的標準，比較常見的參考標準為最大的可轉換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。本文的模數(shù)轉換器選用ADC0832，它擁有體積小，性價比高，兼容性強等優(yōu)點。ADC0832

具有以下特點：

（1）8

位分辨率。

（2）雙通道

A/D轉換。

（3）輸入輸出電平與

TTL/CMOS

相兼容。

（4）5V

電源供電時輸入電壓在

0~5V

之間。

（5）工作頻率為

250KHZ，轉換時間為

32μS；

一般功耗僅為

15mW。（6）8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC

多種封裝。

3.2.2模擬量檢測接口電路圖圖3.1模擬量檢測接口3.3電力參數(shù)檢測裝置輸出接口電路設計圖3.2輸出接口電路3.4人機對話接口電路設計3.4.1按鍵設計根據(jù)單片機的電流檢測系統(tǒng)的工作要求，需要用按鍵電路來控制調整電流上限。如圖3.3。圖3.3按鍵電路3.4.2數(shù)碼顯示電路設計數(shù)碼管顯示電路由位驅動電路和段驅動電路兩部分組成。由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構成的，加上小數(shù)點就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。由于單片機的并行口不能驅動數(shù)碼管顯示器，必須采用專門的驅動電路芯片，使之產生足夠大的電流，顯示器才能正常工作。如果驅動電路能力差，即負載能力不夠，顯示器亮度就低，而且驅動電路長期在超負荷下運行容易損壞。本系統(tǒng)采用并行驅動動態(tài)顯示。采用單片機P2口的低3位作為數(shù)碼管的位碼輸出信號，P0口作為段碼輸出信號。該驅動電路如圖3.3所示，P0口作為段碼輸出信號需外接上拉電阻。圖3.4數(shù)碼顯示電路3.4.3報警電路設計報警電路的作用是當電流達到或超過上限時進行報警，報警電路與單片機的P2.3口相連當單片機輸出一個低電平時，蜂鳴器就會發(fā)出報警信號，說明電流已經超過規(guī)定的上限值，外部輸出設備應該啟動進行相應的措施。圖3.5報警電路第4章電力參數(shù)檢測裝置軟件設計4.1軟件實現(xiàn)功能綜述本實驗的要求是對于380V三相電流的監(jiān)測。由89C51單片機、傳感器、A/D轉換器、數(shù)碼顯示器組成的控制系統(tǒng)，要實現(xiàn)的軟件功能是將線路中的電流信息通過電流檢測模塊傳送給89C51單片機，在傳輸電流時利用A/D轉換器將模擬信號轉換為數(shù)字信號。然后對電流的有效值進行判斷，通過LED顯示屏顯示電流的有效值，如果電流有效值大于設定的電流上限，則蜂鳴器會對外報警。

4.2流程圖設計4.2.1主程序流程圖設計輸入信號通過電流檢測模塊傳送給89C51單片機，并利用A/D轉換器將模擬信號轉換為數(shù)字信號，讓單片機識別和處理，然后判斷電流的大小是否超過設定的電流上限，即是否報警。開始開始輸入信號模數(shù)轉換CPU識別并處理輸入信號CPU識別并處理輸入信號判斷電流是否達到上限判斷電流是否達到上限是是否否報警返回報警返回 圖4.1主程序流程圖4.2.2模擬量檢測流程圖設計每次對ADC0832操作時要按造ADC0832工作過程中的協(xié)議進行。在開始時系統(tǒng)進行初始化，之后輸入RAM操作命令，繼而觸發(fā)存儲器操作命令-進行處理數(shù)據(jù)。開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化ADC0832是否存在ADC0832是否存在否否是是RAM操作命令 RAM操作命令存儲操作命令存儲操作命令讀取電流讀取電流返回返回圖4.2模擬量檢測流程圖4.3程序清單DIS：MOV

A，R2

ADD

A，R3

DA

A

ADD

A，R4

DA

A

MOV

R4，A

；把相加結果存放R4中

MOV

21H，#00H

；置循環(huán)顯示初值

HDISP：MOV

A，R4

ANL

A，#0F0H

ORL

A，#07H

；選通高位數(shù)碼管

MOV

P2，A

；送顯高位

ACALL

DELAD2

；延時

MOV

A，R4

ANL

A，#0FH

SWAP

A

ORL

A，#0BH

；選通低位數(shù)碼管

MOV

P2，A

；送低位ACALL

DELAD2

；延時

INC

21H

MOV

A，#0FH

XRL

A，21H

JZ

B1

；循環(huán)顯示完否SJMP

HDISP

；未完繼續(xù)

B1：RET

；顯示完返回

ORG

0000H

START：MOV

P1，#0F0H

；關閉兩片89C51

MOV

R3，#0D0H

；對第一片89C51送控制字

MOV

20H，#02H

M1：MOV

A，R3 ACALL

READ

；調用讀數(shù)子程序

JZ

N1

ACALL

M2

；調用核對子程序

N1：MOV

A，R1

INC

A

MOV

R1，A

ACALL

READ

JZ

N2

ACALL

M2

N2：MOV

A，R1

INC

A

MOV

R1，A

ACALL

READ

JZ

N3

ACALL

M2

N3：MOV

A，R1

INC

A

MOV

R1，A

ACALL

READ

JZ

N4

ACALL

M2

N4：MOV

R3，#0B0H

；第二片89C51送控制字

MOV

A，02H

DEC

A

JNZ

M1

SJMP

START

；巡回檢測

READ：MOV

P1，A

；送控制字

CLR

P1.4

ORL

P1，#0FH

MOV

A，P1

；讀數(shù)據(jù)

SETB

P1.4

ANL

A，#0FH

RET

；子程序返回

M2：MOV

R0，ALCALL

DELAD1

MOV

A，R1

XRL

A，R0

；核對比較。JNZ

M22

ACALL

TLTC

；調用查找報警點子程序

M22：RET

TLTC：MOV

A，R1

；查找報警點位于哪個口

ANL

A，#0FH

MOV

R7，A

MOV

R2，#00H

L1：MOV

A，R7

JNZ

L2

MOV

R2，#04H

L2：MOV

A，R7

JNZ

L3

MOV

R2，#08H

L3：MOV

A，R7

XRL

A，#03H

MOV

R2，#12H

LL3：MOV

A，R1

；查找報警點在哪片89C51

ANL

A，#0F0H

RLC

A

JC

L4

MOV

R3，#16H

L4：RLC

A

JC

L5

MOV

R3，#00H

L5：MOV

A，R0

；查找是哪個點報警

RRC

A

MOV

R0，A

JNC

L6

MOV

R4，#01H

LCALL

DISL6：MOV

A，R0

RRC

A

MOV

R0，A

JNC

L7

MOV

R4，#02H

LCALL

DIS

L7：MOV

A，R0

RRC

A

MOV

R0，A

JNC

L8

MOV

R4，#03H

LCALL

DIS

L8：MOV

A，R0

RRC

A

JNC

L9

MOV

R4，#04H

LCALL

DIS

DIS：MOV

A，R2

；顯示報警

ADD

A，R3

DA

A

ADD

A，R4

DA

A

MOV

R4，A

ORL

A，#07H

MOV

P2，A

ACALL

DELAD2

ANL

A，#0FH

SWAP

A

ORL

A，#0BH

MOV

P2，A

ACALL

DELAD5

INC

21H

MOV

A，#0FFH

JZ

B1

B1：RETDELAD1：MOV

R5，#04H

；延時子程序1

DELAD2：MOV

R6，#0F0H

DELAD3：MOV

R7，#0F7H

DELAD4：NOP

NOP

DJNZ

R7，DELAD4

DJNZ

R6，DELAD3

DJNZ

R5，DELAD2

DELAD5：MOV

R5，#02H

；延時子程序2

DELAD6：MOV

R6，#0FFH

DJNZ

R6，$

DJNZ

R5,DELAD6

RET第5章系統(tǒng)設計與分析5.1系統(tǒng)原理圖圖5.1系統(tǒng)原理