【正文】 11 頻率測量方案 .................................................................................................... 12 功率因數(shù)測量原理 ............................................................................................. 13 功率因數(shù)測量法選擇 ......................................................................................... 14 電能計算原理 .................................................................................................... 15 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn) .............................................................................................................. 16 單片機最小系統(tǒng)部分 ................................................................................................ 16 鍵盤顯示部分 ........................................................................................................... 19 電壓、電流信號采集部分 ......................................................................................... 20 電壓、電流采樣電路 ......................................................................................... 20 電壓、電流 全波整流電路 .................................................................................. 21 電壓、電流正弦波過零比較電路 ........................................................................ 22 數(shù) /模轉(zhuǎn)換部分 ......................................................................................................... 22 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ......................................................................................................................... 24 系統(tǒng)軟件設(shè)計的指導(dǎo)思想和 一般方法 ........................................................................ 24 單片微機的軟件設(shè)計 ......................................................................................... 24 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計 .................................................................................................... 24 軟件過程設(shè)計 .................................................................................................... 25 軟件設(shè)計的主要任務(wù) ......................................................................................... 25 寧波大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） VII 系統(tǒng)軟件的具體設(shè)計 ................................................................................................ 26 按鍵掃描及處理顯示模塊 .................................................................................. 26 功率因數(shù)測量及計算模塊 .................................................................................. 27 電壓、電流軟件同步采樣模塊 ........................................................................... 28 電壓、電流計算模塊 ......................................................................................... 31 時鐘模塊 ........................................................................................................... 32 5 運行與調(diào)試 ............................................................................................................................ 33 系統(tǒng)的調(diào)試 .............................................................................................................. 33 單片機最小系統(tǒng)部分的調(diào)試 ............................................................................... 33 采樣單元的調(diào)試 ................................................................................................ 33 軟件的調(diào)試 ....................................................................................................... 34 測量數(shù)據(jù) .................................................................................................................. 35 結(jié)果分析 .................................................................................................................. 35 6 結(jié)束語 ................................................................................................................................... 37 致謝 .............................................................................................................................................. 38 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 39 附錄 .............................................................................................................................................. 40 1 前言 電力監(jiān)測裝置的現(xiàn)狀 在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，電能的質(zhì)量越來越受到重視。電網(wǎng)電壓、電流的過高或過低，都會影響到電器設(shè)備的正常使用和使用壽命。應(yīng)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(yuǎn)動裝置來實現(xiàn)；而在日常生活中，一般只是利用電能表進(jìn)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。目前，我國主要使用的電能表有兩種：一種是感應(yīng)式機械電能表：另一種是隨著電子工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的電子式電能表，它是利用電流和電壓作用于固態(tài)電子器件產(chǎn)生電能輸出量的電能計量儀表。機械式電能表由于其穩(wěn)定性和精度都不高，隨著電力市場改革的不斷深入，我國在各級電能計量系統(tǒng)的建立中，大部分已將機械式電能表更新為電子式電能表 [1]。 感應(yīng)式機械電能表 它是利用三個不同空間和相位的磁通建立起 來的交變的移進(jìn)磁場，在這個磁場的作用下，轉(zhuǎn)盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，這個感應(yīng)電流使得轉(zhuǎn)盤總是朝著一個方向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動經(jīng)蝸桿傳遞到計數(shù)器，累計轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)，從而達(dá)到計量電能的目的。具有制造簡便、可靠性好和價格便宜等特點，經(jīng)過近一百年的不斷改進(jìn)與完善，感應(yīng)式電能表的制作技術(shù)已經(jīng)成熟。通過雙重絕緣、加強絕緣和采用高質(zhì)量雙寶石軸承甚至磁懸浮 （ 磁推 ） 軸承等技術(shù)手段，其結(jié)構(gòu)和磁路的穩(wěn)定性得以提高，電磁振動被削弱，使用壽命大大延長，且過載能力明顯增強。因此，至今在包括我國在內(nèi)的許多發(fā)展中國家甚至是一些發(fā)達(dá)國家里 ，感應(yīng)式電能表仍作為主要計量工頻電能的儀表被廣泛使用。 但是電力參數(shù)測量儀表通常是按工頻正弦波形設(shè)計的，當(dāng)電網(wǎng)存在諧波時，將產(chǎn)生測量誤差。儀表的原理和結(jié)構(gòu)不同，所產(chǎn)生的誤差也不相同。隨著電力系統(tǒng)的不斷擴大以及對電能合理利用的探索，使感應(yīng)式電能表暴露出準(zhǔn)確度低、使用頻率范圍窄、功能單一等缺點 ， 為使電能計量儀器儀表適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)代化和電能管理現(xiàn)代化飛速發(fā)展的需求，電子式電能表應(yīng)運而生。 電子式電能表 它是利用電流和電壓作用于固態(tài)電子器件而產(chǎn)生電能輸出量的電能計量儀表。由于電能是電功率對時間的積分，所以任何電子電路式 計量方案的第一步就是確定電功率。因而，使用乘法器是實現(xiàn)測量電功率和電能的電子電路式測量方案的共同特點。 近二十年來，大量新型電子元器件的相繼出現(xiàn)，為電子式電能表的更新?lián)Q代奠定了基礎(chǔ)。模擬乘法器已發(fā)展成晶體管陣列平方乘法器、熱偶乘法器、可變跨導(dǎo)型乘法器、雙斜積分乘法器、霍爾 效應(yīng)乘法器、時分割乘法器等幾種類型且多個品種系列；數(shù)字乘法器也已有若干種類。按所依托的乘法器類型的不同，可將電子式電能表分為模擬乘法器型電子電能表和數(shù)字乘法器型電子電能表。其中，數(shù)字乘法器型是以微處理器為核心，經(jīng) PT、 CT 變換的被測電壓和電 流由 A/D 轉(zhuǎn)換器完成數(shù)字化處理之后，微處理器對數(shù)字化的被測對象進(jìn)行各種判斷、處理和運算，從而實現(xiàn)多種功能。這種類型的電能表利用位數(shù)較多的 A/D 轉(zhuǎn)換電路或自動量程轉(zhuǎn)換電路，原理上可達(dá)到很高的配置準(zhǔn)確度，且它在一定周期內(nèi)對電壓、電流信號進(jìn)行采樣處理的方法，保證了測量準(zhǔn)確度可不受高次諧波的影響。 微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的高速發(fā)展是電子式電能表迅速進(jìn)步、日益成熟的主要技術(shù)支撐。準(zhǔn)確度高、可靠性好的元器件以及大規(guī)模集成電路等的采用，使電子式電能表的使用壽命、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度等技術(shù)指標(biāo)均顯著改善。微機化令電子式電能表功能 的增添變得容易，尤其是近幾年多種單、三相電能計量專用集成電路的成功開發(fā)使過去由分立式電子元器件搭接而成的電能表電路改制成專門的集成電路芯片，如常用的 CS5460A 和 ADE7753 等，結(jié)果在不減少功能的前提下，使電能表的體積大大減小，功耗和單位功能的成本降低、成品率提高，并可簡化電能表的電路設(shè)計，降低其工藝調(diào)整難度，從而能改進(jìn)整個電能表電路系統(tǒng)的性能，而更重要的是使電子式電能表可靠性明顯提高 [2]。 電力監(jiān)測裝置的發(fā)展方向 國內(nèi)新型多功能電力參數(shù)測試儀正朝著以下幾個方面發(fā)展： 1) 體積小型化 早期這類測試儀的體積 比較大，安裝和使用場合受到諸多限制。目前代表電力參數(shù)測試儀發(fā)展方向的全電子式多功能電能表在體積、重量兩方面都遠(yuǎn)小于機械式或機械電子式電能表，一些測試儀己經(jīng)按照便攜