課程設(shè)計(jì)報(bào)告-多用戶電子式電能表的設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-01-04 00:04 本頁(yè)面
【正文】 CL220pFCL+~220VV2PV2N 電壓采樣電路電壓輸入通道（V2N，V2P）也為差分電路，V2N引腳連接到電阻分壓電路的分壓點(diǎn)上，V2P接地。電壓輸入通道的采樣信號(hào)是通過(guò)衰減線電壓得到的，其中R6至R15為校驗(yàn)衰減網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)短接跳線J1至J9可將采樣信號(hào)調(diào)節(jié)到需要的采樣值上， mV，為了準(zhǔn)許分流器的容差和片內(nèi)基準(zhǔn)源8%的誤差，衰減校驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該允許至少30%的檢驗(yàn)范圍，根據(jù)參數(shù)， mV –250 mV，完全滿足了調(diào)節(jié)的需要。這個(gè)衰減網(wǎng)絡(luò)的3dB頻率是由 R4和C3決定的，R1R2R24確保了這一點(diǎn)，即使全部跳線都接通，R1R2R24的電阻值仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R4，R4和C3的選取要和電流采樣通道的R1C1匹配，這樣才能保證兩個(gè)通道的相位進(jìn)行恰當(dāng)?shù)钠ヅ?，消除因相位失調(diào)帶來(lái)的誤差影響。 光電隔離電路在許多應(yīng)用中，許多電路鏈接之間需要非直接的連接，從而在提供數(shù)據(jù)的同時(shí)避免來(lái)自系統(tǒng)某一部分的危險(xiǎn)電壓或電流對(duì)另一部分造成破壞，造成這種破壞的可能是電源質(zhì)量低劣、接地故障等各種故障。電路隔離的主要目的是通過(guò)隔離元件把干擾的路徑切斷，從而達(dá)到抑制干擾的目的，保護(hù)電子設(shè)備。在兩點(diǎn)間避免電流流過(guò)，而允許有數(shù)據(jù)或功率傳送時(shí)需要使用隔離技術(shù)。電路隔離主要有：模擬電路的隔離、數(shù)字電路的隔離、數(shù)字電路與模擬電路之間的隔離。所使用的隔離方法有：脈沖變壓器隔離法、繼電器隔離法、光電耦合器隔離法、直流電壓隔離法、A/D轉(zhuǎn)換器隔離法。傳統(tǒng)的光耦隔離電路雖然也能實(shí)現(xiàn)很高的線性度, 不過(guò)這些電路需要的電源種類較多, 線路比較復(fù)雜, 設(shè)計(jì)成本比較高。為了解決這些問(wèn)題, 本次設(shè)計(jì)中一種新的光電耦合結(jié)構(gòu), 由它組成的光耦隔離電路具有很高的線性度, 且只需采用普通的光電耦合器和簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)。應(yīng)用這個(gè)電路解決了彈載黑匣子的電壓采樣信號(hào)的光電隔離問(wèn)題。光電耦合器的工作原理和特性如下。光電耦合器件是把發(fā)光器件(如發(fā)光二極管)和光敏器件(如光敏三極管)組裝在一起, 通過(guò)光線實(shí)現(xiàn)耦合構(gòu)成電) 光 ) 電的轉(zhuǎn)換器件。當(dāng)電信號(hào)送入光電耦合器的輸入端時(shí), 發(fā)光器件將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。光信號(hào)經(jīng)光敏器件感應(yīng)接收, 再還原成電信號(hào)。圖1是一種典型反相應(yīng)用電路, 當(dāng)輸入端有電流流過(guò)時(shí), 發(fā)光二極管發(fā)光,使光電三極管導(dǎo)通, 其集電極就有電流I C 流過(guò)。光電耦合器其主要特點(diǎn)為:1) 輸入、 輸出之間在電氣上相互絕緣。2) 信號(hào)傳輸是單方向的, 輸出端的噪聲不影響輸入端。3) 體積小、 壽命長(zhǎng)、 無(wú)觸點(diǎn),功耗低。4) 光電耦合器的傳輸特性具有非線性和隨溫度變化性。圖1 光電隔離電路 C8051F360單片機(jī)部分管腳及參數(shù)（1）由原理圖知：~，作為脈沖輸入端口。,，時(shí)鐘信號(hào)和控制輸入輸出管腳使用此外，C8051F360功能強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其余端口與本設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)，故其分配情況不再詳述。（2）電源參數(shù)220V~5V的共兩套，一套給AD7755，另一套給顯示模塊和5V~。5V~。220V~5V轉(zhuǎn)換電路中，相關(guān)參數(shù)如下：C1=330uf，為濾波電容；C2=，用于抵消輸入線較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激震蕩；C3=1uf，用于消除輸出電壓中的高頻噪聲。 器件選擇 AD7755電能脈沖發(fā)生器的選擇： AD7755是美國(guó)AD公司生產(chǎn)的專用于功率/電能測(cè)量的低成本集成電路。它的技術(shù)指標(biāo)滿足GB/T172151998標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的準(zhǔn)確度等要求。 AD7755有24條引腳,以DIP和SSOP形式封裝。AD7755在電子電能表中的連接如圖1所示。管腳功能如下:P1 DVDD,數(shù)字電路電源,5(177。5%)V；P2AC/DC,高通濾波選擇腳,邏輯高,高通濾濾器使能；P3 AVDD,模擬電路電源,5(177。5%)V；PP19 NC,未接；P5P6 V1PV1N,通道1(電流通道)模擬輸入,最大差動(dòng)輸入電壓為177。470mV；P7P8 V2NV2P,通道2(電壓通道)模擬輸入,最大差動(dòng)輸入電壓為177。660mV； P9 RESET,復(fù)位引腳,邏輯低使ADC和數(shù)字電路保持復(fù)位狀態(tài),清內(nèi)部寄存器；P10 REFIN/OUT,電壓基準(zhǔn)腳,片上基準(zhǔn)為5(177。8%)V,可接外部基準(zhǔn)源；P11 AGND,模擬電路參考地。P12 SCF,校準(zhǔn)頻率選擇腳；P1P14 SS0,數(shù)頻轉(zhuǎn)換頻率選擇腳；P1P16 GG0,通道1增益選擇腳；P17 P18 CLKIN CLKOUT,外接時(shí)鐘,；P20 REVP,負(fù)功率指示腳,電壓信號(hào)和電流信號(hào)之間的相位差90176。時(shí)變?yōu)檫壿嫺?。P21DGND,數(shù)字電路參考地；P22 CF,校準(zhǔn)頻率輸出；P2P24 FF1,低頻輸出。 AD7755的內(nèi)部功能框圖如下圖：它由模擬電路(模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)電路與電源電壓監(jiān)測(cè)電路)和數(shù)字信號(hào)處理電路兩部分組成。被測(cè)電壓、電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后,接下來(lái)的信號(hào)處理都在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)。AD7755內(nèi)部的相位校正電路、高通濾波器、乘法器、低通濾波器、數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器等都為數(shù)字電路。AD7755內(nèi)有兩個(gè)以900kHz過(guò)采樣速率采樣的16位2階ΣΔ模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。被測(cè)電流經(jīng)可編程增益放大器(PGA)放大后接電流通道的ADC,并由此ADC轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。再經(jīng)相位校正和高通濾波,進(jìn)入乘法器。乘法器的另一路輸入是由電壓通道ADC轉(zhuǎn)換而來(lái)的、與被測(cè)電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。相乘后產(chǎn)生瞬時(shí)功率信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾除其中的交流分量,提取出負(fù)載消耗的瞬時(shí)有功功率。AD7755對(duì)這個(gè)瞬時(shí)有功功率信號(hào)進(jìn)行一段時(shí)間的累計(jì)、平均,求得平均有功功率,以較短時(shí)間對(duì)瞬時(shí)有功功率進(jìn)行累計(jì),求得與瞬時(shí)有功功率成正比的高頻頻率并經(jīng)CF輸出,用于校準(zhǔn)或送微控制器累加計(jì)數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的計(jì)量。電流通道的PGA的增益受管腳GG0控制。 高通濾波器是否接入受管腳AC/DC控制。邏輯高,HPF使能。用來(lái)去除電流通道的直流偏移和由此引起的誤差。高通濾波器接入或斷開(kāi)造成的相移,由相位校正電路校正,使電壓通道和電流通道的相位匹配。如前所述,管腳FF2輸出與平均有功功率成正上的電壓有效值具有下列關(guān)系:fF1=fF2=U1U2G（f14）/U178。REF式中,UU2分別為電流通道和電壓通道輸入端的rms差動(dòng)電壓(V),G為電流通道的增益,選擇方法見(jiàn)表1；UREF為基準(zhǔn)電壓值(V)；f14為以SS0邏輯輸入選擇的頻率(Hz),選擇方法見(jiàn)表2。表2 f14等選擇表表2第7列是與兩個(gè)通道都輸入最大電壓所對(duì)應(yīng)的最高輸出頻率(Hz)。考慮到實(shí)際電網(wǎng)電壓存在波動(dòng)和負(fù)載電流可能超載,設(shè)計(jì)電能表時(shí),兩個(gè)模擬通道的輸入電壓一般都留有足夠的超量程余地。比如,取允許的最大值的一半。表2第5列是用管腳SCF、SS0邏輯輸入選擇的轉(zhuǎn)換系數(shù),CF腳輸出的頻率為fCF=KfF1(2)由表2知,CF端輸出的頻率能高達(dá)fF1的2048倍。 設(shè)計(jì)原理圖①單片機(jī)整體顯示圖：②八段譯碼顯示：③E2PROM 24C16芯片 ④鍵盤部分⑤AD7755電能脈沖發(fā)生器⑥電源 圖2 兩組穩(wěn)壓電源三、 軟件設(shè)計(jì) 主程序框圖單片機(jī)初始化讀取E2PROM 24C16存儲(chǔ)值利用定時(shí)器T0設(shè)置中斷讀取P2口狀態(tài)開(kāi)始調(diào)用顯示用戶及相應(yīng)電能子程序向E2PROM中寫(xiě)脈沖數(shù)循環(huán)結(jié)束 顯示用戶及相應(yīng)電能子程序框圖 開(kāi)始結(jié)束調(diào)用查詢鍵盤程序處理脈沖數(shù)據(jù)調(diào)用顯示程序顯示，并延
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