【正文】 2021 屆 電氣與電子工程 學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 學(xué) 號 20212341 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期 2021 年 5 月 30 日 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 Design of Simple Power Quality Analyzer 簡易電能質(zhì)量分析儀設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計成績單 姓名 學(xué)號 班級 專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計題目 簡易電能質(zhì)量分析儀 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱 副教授 講師 評 定 成 績 指導(dǎo)教師 得分 評閱人 得分 答辯小組組長 得分 成績： 院長 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 題 目 簡易電能質(zhì)量分析儀 學(xué)生姓名 學(xué)號 班級 專業(yè) 電氣工程及其自動化 承 擔指導(dǎo)任務(wù)單位 電氣與電子 工程學(xué)院 導(dǎo)師 姓名 導(dǎo)師 職稱 副教授 講師 一、主要內(nèi)容 采用單片機 設(shè)計一個簡易電能質(zhì)量檢測儀，可以實現(xiàn) 9 次諧波電氣值的測量。 二、 基本要求 1. 能得到電壓、電流有效值、功率、功率因數(shù)； 2. 諧波電路設(shè)計要合理，可以得到相應(yīng)的諧波值； 3. 硬件成果數(shù)據(jù)測試； 4. 用 Protel 完成電路圖繪制。 三、研究方法 。 2. 通過比較和計算完成各種設(shè)備的選擇； 3. 通過實驗，調(diào)試完成各模塊電路設(shè)計。 四、應(yīng)收集的資料及參考文獻 1. 有關(guān) MSP430f149 單片機方面的文獻資料； 2. 有關(guān)濾波方面的文獻資料； 3. 有關(guān)電源模塊方面的文獻資料； 4. 有關(guān)諧波分析的資料。 五、進度計劃 1. 第 1 周 第 3 周 收集相關(guān)文獻資料，完成 開題報告 ； 2. 第 4 周 第 7 周 進行 方案 論證，確定 系統(tǒng)設(shè)計 方案： 3. 第 8 周 第 13 周 完成硬件電路設(shè)計； 4. 第 14 周 第 16 周 整理設(shè)計說明書 ，準備答辯 。 教研室主任簽字 時 間 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計開題 報告 題 目 簡易電能質(zhì)量分析儀設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué)號 班級 專業(yè) 電氣工程及其自動化 一、研究背景 隨著全球工業(yè)化進程的不斷加快，在現(xiàn)代人類社會生活中電力已經(jīng)成為不可缺少的重要能源之一。改善電能質(zhì)量對于電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全、經(jīng)濟運行，保障產(chǎn)品質(zhì)量和科學(xué)實驗以及人民生活和生產(chǎn)的正常等均有重要意義。電能質(zhì)量直接關(guān)系到國民經(jīng)濟的總體效益。因此，正確的檢測和分析諧波是有效抑制和補償諧波的基礎(chǔ)，也是提高電能質(zhì)量的基礎(chǔ)。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外有關(guān)電能質(zhì)量監(jiān)測的研究正掀起高潮，從所適用的功率 理論的擴展 ,到電能質(zhì)量評價指標體系的建立；從全國性的電能質(zhì)量普查、監(jiān)測到用戶終端電氣環(huán)境的定義 。各種電能質(zhì)量問題分析方法的提出，以及用戶電力技術(shù)等電能質(zhì)量控制技術(shù)的研究和裝置的開發(fā)正深入進行。 1996 年， IEEE 將每兩年召開一次的電力諧波國際學(xué)術(shù)會議更名為電力諧波與電能質(zhì)量學(xué)術(shù)會議，把電能質(zhì)量提高到一個新的高度來認識。 目前，國內(nèi)在電能質(zhì)量監(jiān)測方面的研究大多局限在諧波問題的范圍內(nèi) ,也提出和開發(fā)了一些監(jiān)測和改善電能質(zhì)量的電能質(zhì)量補償裝置，包括各種有源電力濾波器、動態(tài)無功補償裝置、電能質(zhì)量綜合補償裝置， 以及動態(tài)電壓恢復(fù)器等，與國外的差距是非常明顯的。 三、課題進行的主要工作及采用的方法 本文基于 MSP430F149 單片機，其最大采樣頻率為 25 600 Hz， RS232 串行通信波特率為 9 600 bps 結(jié)合由四雙向模擬開關(guān) CD4066 與 RC帶通濾波電路等構(gòu)成 。 分為單片機主控制模塊，電源模塊、信號采集模塊和液晶顯示模塊。待測的模擬信號是電網(wǎng)中的交流高電壓和交流大電流，為了隔離高電壓和大電流需要進行幅值轉(zhuǎn)換變成低電壓和小電流，然而，這里不僅僅幅值是最重要的，為了不產(chǎn)生附加的畸變，變換過程中的頻率響應(yīng)應(yīng) 具有適當?shù)膸挕ＴO(shè)計選取了 DVDI001 臥式穿芯小型精密電壓互感器和 TA14194 臥式穿芯小型精密交流電流互感器來來滿足以上要求。而輸出數(shù)據(jù)由 1602 液晶顯示出來。 四、預(yù)期達到的結(jié)果 可實現(xiàn)對工頻交流電低次諧波的簡單電氣特性測量。并可以通過 LCD1602 將檢測數(shù)據(jù)顯示出來。 指導(dǎo)教師簽字 時 間 年 月 日 摘 要 隨著我國科技的進步和生產(chǎn)技術(shù)自動化水平的提高，電力已經(jīng)成為現(xiàn)代人類社會中非常重要且必須的能源，因此對于電 能質(zhì)量的研究就顯得越來越重要。電能質(zhì) 量監(jiān)測作為電能質(zhì)量監(jiān)控的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在電力系統(tǒng)的運行管理和技術(shù)監(jiān)督中起著很重要的作用，同時也是保證電力系統(tǒng)良好供電質(zhì)量的必要手段。 文章在對電能質(zhì)量指標及其綜合評價方法進行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種電能質(zhì)量檢測裝置。本文著重介紹了該設(shè)計系統(tǒng)的硬件部分。在以單片機 MSP430F149 構(gòu)成的主控制模塊為基礎(chǔ)的前提下，分別設(shè)計了電源模塊、信號采集模塊、輸出顯示模塊。電源模塊通過對交流市電進行變壓整流及穩(wěn)壓輸出為系統(tǒng)提供電源。信號采集模塊實現(xiàn)對模擬信號的采集處理。各種電氣參數(shù)則通過輸出顯示模塊 1602 顯示出來。 關(guān)鍵詞： 電能質(zhì)量 MSP430F149 選頻電路 諧波測量 Abstract With our advances in technology and production technology level of automation, power has bee very important and must be the energy of the modern human ociety, the quality of electricity has bee increasingly important. Power quality monitoring as a key link in the power quality monitoring plays an important role in power system operation and management and technical supervision, but also the necessary means to ensure good quality of power supply of the power system. Designed on the basis of analyzing the indicators of power quality and its prehensive evaluation method, a power quality detection device. This article focuses on the hardware part of the design system. Microcontroller MSP430F149 constitute the main control module based on the premise, namely, design a power supply module, the signal acquisition module, the output display module. AC mains transformer rectifier and voltage regulator output, the power supply module provides power for the system. Signal acquisition module for analog signal acquisition and processing. Various electrical parameters displayed in the output display module 1602. Key words: power quality MSP430F149 selected frequency circuit harmonic measurement 目 錄 第 1 章 緒論 ....................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 引言 ....................................................................................................................... 1 選題背景及設(shè)計意義 ........................................................... 錯誤 !未定義書簽。 國外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................. 1 我國的研究現(xiàn)狀 ......................................................................................... 3 本文的主要工作 ................................................................................................... 4 第 2 章 系統(tǒng)原理設(shè)計 ....................................................................................................... 5 交流采樣原理 ....................................................................................................... 5 電能質(zhì)量參數(shù)算法 ............................................................................................... 6 快速傅里葉變換算法原理 ......................................................................... 6 基本交流電參數(shù)計算原理 ......................................................................... 9 第 3 章 裝置硬 件設(shè)計 ..................................................................................................... 12 單片機主控制模塊 ............................................................................................. 12 MSP430F149 單片機簡介 ........................................................................ 13 MSP430F149 引腳分布及工作方式 ........................................................ 14 電源模塊 ............................................................................................................. 16 交直轉(zhuǎn)換模塊 ........................................................................................... 1