【正文】 工作電壓或整個電網(wǎng)的工作情況。 基 于單片機(jī)的電量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 2 WB 系列交流電量傳感器 概述 WB 系列交流電量傳感器采用電磁隔離技術(shù)和專用厚膜集成電路。對電網(wǎng)或電路中的交流電流或交流電壓進(jìn)行實(shí)時測量，將其變換成跟蹤電壓暑促（ Vg ） 、直流電壓輸出（ Vz ）、直流電壓輸出（ Iz ）、頻率輸出（ Fk ）。傳感器的輸出可以與各型 AD轉(zhuǎn)換器配接構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也可以與傳統(tǒng)模式、數(shù)字式指示儀表配接，顯示被測量之值 。體積小、重量輕、精度高、耗能低，輸入電路、輸出電路完全隔離，輸出信號可以共地，輸出形式多樣，滿足各種使用要求，在 0～ 120%標(biāo)稱輸入范圍內(nèi)，輸出信號入輸出信號之間保持正比例關(guān)系，通聘寬帶，可以測量 5kHz 以內(nèi)的正弦 交流電流或交流電壓。結(jié)構(gòu)形式多樣，提供直插式、 DIN 卡裝式安裝方式，方便各種場合使用等特點(diǎn)。 WB 交流電量傳感器的工作原理 本系列傳感器采用模塊化電路結(jié)構(gòu)，如圖 21主要由電流測頭 1（或電壓側(cè)頭 2）、采樣電路 定標(biāo)放大器 裝用厚膜集成轉(zhuǎn)化器 7組成。 l xU x123 4576 EV gV zI zF k+ E圖 21 電路結(jié)構(gòu) 被測電流信號 Ix ﹝或被測電壓信號 Ux ﹞經(jīng)電流測頭 1﹝或電壓測頭 2﹞隔離 變換，在二次回路形成高精度毫安級跟蹤電流，經(jīng)采樣電路 3 轉(zhuǎn)換為跟蹤電壓信號，在經(jīng)定標(biāo)放大器 4 進(jìn)行放大、定標(biāo)，形成跟蹤電壓輸出 Vg； 跟蹤電壓信號經(jīng) AC/DC 轉(zhuǎn)換器 5 后，形成直流電壓輸出 Vz 。 Vz 輸出經(jīng) V/I 轉(zhuǎn)換器 6 后形成直流輸出 Iz ,Vz 輸出經(jīng) V/F 變換器 7 后形成頻率輸出 Fk 。只有輸出跟蹤電壓 Vg 的產(chǎn)品才使用正負(fù)電源基 于單片機(jī)的電量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 ﹝ +E,E﹞ ,其他產(chǎn)品才使用單一正電源。 圖 21 中電流測頭 1 和電壓測頭 2 是本系列產(chǎn)品的關(guān)鍵部件，屬于精密互感器系列，承擔(dān)隔離和線性變換的雙重作用，改變電流測頭規(guī)格或改變電壓測頭的輸入電阻可以改變傳感器的測量范圍。定標(biāo)放大器 4 是一個寬帶交流放大器，它產(chǎn)生的電壓輸出 Vg ，在波形和相位上快速跟蹤輸入信號的變化， Vg 輸出型傳感器適用于交流采樣系統(tǒng)。轉(zhuǎn)換器 5 是配套研發(fā)的專用厚膜 集成器件，它把交流電壓信號變換為直流電壓或直流電流輸出。轉(zhuǎn)換原理分為平均值轉(zhuǎn)換和真有效值轉(zhuǎn)換，平均值轉(zhuǎn)換器成本低，適用于標(biāo)準(zhǔn)正弦交流信號轉(zhuǎn)換；真有效值轉(zhuǎn)換器適用于含有多次諧波的交流信號 （ 如三角波、矩形波、梯形波、可控硅調(diào)功波等 ） ，單成本較高。轉(zhuǎn)換器 5（ 或轉(zhuǎn)換器 6）的 “基準(zhǔn)波 ”接地時，他輸出 0～ 5V（ 或 0～ 20mA） ；為它們配加以個高穩(wěn)定的偏置電路，就形成 1V～ 5V（ 或 4mA～ 20mA） ；為它們配加一個高穩(wěn)定的偏置電路，就形成了 1V～ 5V（ 4mA～ 20mA） 輸出。 傳感器型號及技術(shù)指標(biāo) 采用 WBV413AS3﹝交流電壓傳感器﹞和 WB1414AS1﹝交流電流傳感器﹞對電流和電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 WBV141AS3 技術(shù)指標(biāo)： 輸入規(guī)格： 10V～ 1000VAC 輸出規(guī)格： 4mA～ 20mA 響應(yīng)時間 : 250MS 負(fù)載能力： 6V 靜態(tài)功耗： 50MW 供電電源： +12 或 +24 其他指標(biāo)： （ 1） 線性范圍： 0～ 120%標(biāo)稱輸入 （ 2） 輸入頻響： 25～ 5K （ 3） 環(huán)境條件： 0℃ ～ +50℃ WB1414AS1 技術(shù)指標(biāo)： 輸入規(guī)格： 5A～ 50A 輸出規(guī)格： 4mA～ 20mA 精度等級： 級 基 于單片機(jī)的電量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 響應(yīng)時間： 300ms 負(fù)載能力： 6V 靜態(tài)功耗： 800mW 供電電源： +12 或 +24 其他指標(biāo)： （ 1） 線性范圍： 0～ 120%標(biāo)稱輸入 （ 2） 輸入頻響： 25Hz～ 5kHz，特別適合工頻至中頻 （ 3） 環(huán)境條件： 0℃ ～ +50℃ 。 3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 硬件框圖 A D C 0 8 0 9按 鍵A T 8 9 C 5 1L E D 顯 示W(wǎng) B V 4 1 4 A S 3W B I 4 1 4 A S 1 圖 31 硬件框圖 本設(shè)計(jì) 是 AT89C51 單片機(jī)控制的電量檢測系統(tǒng)。其工作原理是：先由電量傳感器采集數(shù)據(jù) ，啟動 A／ D 轉(zhuǎn)換，后將數(shù)據(jù)讀入單片機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算并顯示，即由數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理三部分完成。 本設(shè)計(jì)中，控制系統(tǒng)的控制器有單片機(jī) AT89C51 為核心，系統(tǒng)采用 WB1414AS1（ 交流電流傳感器 ） 和 WBV1414AS3﹝交流電壓傳感器﹞對電流和電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并輸出標(biāo)準(zhǔn)電流 4mA～ 20mA， WB1414AS WBV1414AS3 具有新型電磁隔離，高精度變送等優(yōu)點(diǎn)。 AT89C51 單片機(jī)控制 AD0809 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)的運(yùn)算，輸出結(jié)果，并把結(jié)果在 4 位 8 段數(shù)碼管上顯示 。 基 于單片機(jī)的電量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 控制電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 20 世紀(jì) 80 年代以來，單片機(jī)的發(fā)展非常迅速，就通用單片機(jī)而言，世界上 一些著名的計(jì)算機(jī)廠家已經(jīng)投放市場的產(chǎn)品就有 50 多個系列，數(shù)百個品種。目前世界上較為著名的 8 位單片機(jī)的生產(chǎn)廠家和主要機(jī)型如下： 美國 Intel 公司： MCS51 系列和其增強(qiáng)型系列 美國 Motorola 公司： 6801 系列和 6805 系列 美國 Amtel 公司 :89C51 等單片機(jī) 美國 Zilog 公司： Z8 系列和 3870 系列 美國 Fairchild 公司： F8 系列及 SUPER8 美國 ROCKWELL 公司： 6500／ 1 系列 美國 TI（德克薩斯儀器儀表）公司： TMS7000 系列 NS（美國國家半導(dǎo)體）公司： NS8070 系列等等。 盡管單片機(jī)的品種很多，但是在我國使用最多還是 Intel 公司的 MCS51 系列單片機(jī)和美國 Amtel 公司的 89C51 單片機(jī)。 MCS51 系列單片機(jī)包括三個基本型 803 805 8751。 8031 內(nèi)部包括一個 8 為 CPU、 128 個字節(jié) RAM， 21 個特殊功能的寄存器（ SFR）、4 個 8 位并行 I／ O 口、 1 個全雙工穿行口、 2 個 16 位定時器／計(jì)數(shù)器，但片內(nèi)無程序存儲器，需外擴(kuò) EPROM 芯片 。比較麻煩，不予采用。 8051 是在 8031 的基礎(chǔ)上，片內(nèi)集成有 4KROM，作為程序存儲器，是一個程序不超過 4K 字節(jié)的小系統(tǒng)。 ROM 內(nèi)的程序是公司制作芯片時，代為用戶燒紙的，出場的 8051 都是含有特殊用途的單片機(jī)。所以 8051 適用用應(yīng)用在程序已定且批量大的單片機(jī)產(chǎn)品中，所以也不采用。 8751 是在 8031 基礎(chǔ)上，增加了 4K 字節(jié)的 EPROM，它構(gòu)成了一個程序小于 4KB的小系統(tǒng)。用戶可以將程序固化在 EPROM,可以反復(fù)修復(fù)程序。但其價格相對 8031 較貴。 8031 外擴(kuò)一片 4KB EPROM 就相當(dāng)于 8751，它的最 大優(yōu)點(diǎn)是價格低。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，能裝入片內(nèi)的外圍接口 。雖然雖都在不斷的改變制造工藝，但內(nèi)核卻一樣，也就是說這類單片機(jī)指令系統(tǒng)完全兼容，絕 大 多數(shù)管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。所以不采用 基 于單片機(jī)的電量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 89C51 單片機(jī) 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 89C 51是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除 只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器，89C2051 是它的一種精簡版本。 89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 所以采用此單片機(jī)較好。 AT89C51 單片機(jī)簡介 主要特征： 與 MCS51 兼容 ； 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ； 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ； 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 ； 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz； 三級程序存儲器鎖定 ； 128*8 位內(nèi)部 RAM ； 32可編程 I/O 線 ； 兩個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器 ； 5個中斷源 ； 可編程 串行通道 ； 低功耗的閑置和掉電模式 ； 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 ； 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時， P0 輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P1口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸基 于單片機(jī)的電量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且 作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口： P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當(dāng) P3口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下 拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 除了作為一般的 I／ O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： 表 31 P3口的替代功能 P3口還接受一些用于 FLASH 閃速存儲器編程和程序校檢的控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將單片機(jī)復(fù)位。 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（ 串行輸出口） 0INT (外中斷 0) 1INT (外中斷 1) T0(定時計(jì)數(shù)器 0) T1(定時計(jì)數(shù)器 1) WR（ 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ） RD （ 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選器 ） 基 于單片機(jī)的電量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 ALE／ PROG ：當(dāng)訪問外部程序存儲器或說句存儲器時， ALE(地址鎖存允許 )輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍一時鐘 振蕩頻率的 1／ 6 輸 出固定的正弦脈沖 信號，因此它可以對外輸出時鐘或用于定時目的。 但要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一 個 ALE脈沖。 對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入變成脈沖 PROG 。如有必要，可通過對特殊功能寄存器 (SFR)區(qū)中的 8EH 單元的 D0位置位，可禁止 ALE 操作。該位置后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE才會被激活，此外，該引腳后被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE無效。 PSEN ：程序存儲允許 (PSEN )輸出時外部程序存儲器的讀取通信號，當(dāng) AT89C51由外部程序存儲器取指令或數(shù)據(jù)時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)儲存器時，這兩次有效的 PSEN 信號不出現(xiàn)。 EA／ VPP：外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器 (地址為 0000H－FFFFH),EA 端必須保持低電平﹝接地﹞。需要注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 FLASH 存儲器編程時，該引腳 加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放電器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸