【正文】 方法是：首先測(cè)出被測(cè)量信號(hào)的周期 T ，用該周期除以一周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù) N ， NTTs ? 得到采樣間隔，并確定定時(shí)器的計(jì)數(shù)值， 用定時(shí)中斷方式實(shí)現(xiàn)同步采樣。同步采樣法的實(shí)現(xiàn)方法有兩種：一是硬件同步采樣法；二是軟件同步采樣法。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，如今的微型機(jī)、單片機(jī)處理速度大大提高，同時(shí)也出現(xiàn)了種類繁多而且 性價(jià) 比 也 比較好的 高速 DA 轉(zhuǎn)換器，為交流采樣法奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 12 第四章 系統(tǒng)硬件電路 按照硬件的功能，本硬件設(shè)計(jì)包括三大模塊。方案二雖然設(shè)計(jì)和軟件處理都比較簡(jiǎn)單，但是設(shè)計(jì)成本較高。 圖 框圖 方案三： 軟件 計(jì)算 法 對(duì)于采用 A/D 采樣數(shù)值計(jì)算方法計(jì)量有功的電子式 功率因數(shù) 表，還可以 通過(guò) 計(jì)算 求出 無(wú)功 功率 。相位差的計(jì)算原理是利用輸入兩路信號(hào)過(guò)零點(diǎn)時(shí)的時(shí)間差，以及信號(hào)的頻率來(lái)計(jì)算 2 路信號(hào)的相位差。功率因數(shù) 越低，說(shuō)明電路用于交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換的無(wú)功功率越大，從而 設(shè)備的利用率 越低 ，增加了線路供電損 耗 。 三相 無(wú)功 功率的測(cè)量 原理 在電力系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)碰到無(wú)功功率的測(cè)量問(wèn)題，眾所周知，在三相電路中三相無(wú)功功率等于各相無(wú)功功率之和。 因此，研制 級(jí)以上的高精度、數(shù)顯功率因數(shù)表對(duì)于我國(guó)電工儀表行業(yè)具有重要的意義。 近年來(lái)， 隨著國(guó)外大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路 的推出 ， 新型電力 電測(cè)數(shù)字儀表，如雨后春筍般涌現(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，電子工業(yè)和電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，數(shù)字儀表 也就 應(yīng)運(yùn)而生。電子移相法計(jì)量 無(wú)功，通過(guò)對(duì)無(wú)功功率和有功功率的求取，進(jìn)而算出功率因數(shù) ?cos 。 其主要算法為三相電路二功率表法 ，可用于三相對(duì)稱或不對(duì)稱電路中。 phase shift method of electronic measurement of reactive power, reactive power and through the active power of the strike, and then calculate the power factor. KEY WORDS: Power factor, two table method, MSP430, electrical measuring instruments 目錄 第一章 前 言 ............................................................... 1 設(shè)計(jì)背景及意義 ..................................................... 1 概述 .......................................................... 1 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r .............................................. 1 III 設(shè)計(jì)目的及意義 ..................................................... 2 第二章 功率測(cè)量的理論基礎(chǔ) .................................................. 3 三相有功功率的測(cè)量原理 ............................................. 3 三相無(wú)功功率的測(cè)量原理 ............................................. 4 視在功率的計(jì)算原理 ................................................. 5 功率因數(shù)的計(jì)算原理 ................................................. 5 線電壓、線電流的測(cè)量原理 ........................................... 5 頻率的測(cè)量原理 ..................................................... 6 第三章 電路的總體方案 ...................................................... 7 方案比較 ............................................................ 7 電路總體框圖 ....................................................... 10 第四章 系統(tǒng)硬件電路 ....................................................... 12 交流采樣的原理 .................................................... 12 電壓、電流調(diào)理電路 ................................................ 14 電壓調(diào)理電路 ................................................. 14 電流調(diào)理電路 ................................................. 15 電壓、電流變送電路 ........................................... 17 電源電路的設(shè)計(jì) .................................................... 20 電源模塊的基本原理 ........................................... 20 電源模塊中的主要芯片 ......................................... 21 通信模塊 ..................................................... 26 顯示電路的設(shè)計(jì) .................................................... 27 選擇 MSP430F149 單片機(jī) ........................................ 27 A/D 采樣模塊 ................................................. 31 按鍵 模塊 ..................................................... 32 顯示模塊 ..................................................... 34 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ....................................................... 36 功率因數(shù)表軟件主模塊 ............................................... 36 FLASH 讀、寫模塊 ................................................... 40 顯示模塊 .......................................................... 41 數(shù)據(jù)分離 ..................................................... 41 74HC595 送數(shù)子程序 ........................................... 42 顯示主程序流程圖 ............................................. 42 按鍵模塊 ........................................................... 43 按鍵查詢流程圖 ............................................... 43 按鍵系統(tǒng)菜單 ................................................. 44 按鍵密碼界面 ................................................. 45 第 六章 總結(jié) ............................................................... 46 參考文獻(xiàn) .................................................................. 47 致謝 ...................................................................... 48 附錄 ...................................................................... 49 IV 1 第一章 前 言 設(shè)計(jì)背景及意義 概述 在世界 能源日益減少的大形勢(shì)下，能源的節(jié)約和利用率成為眾多國(guó)家和民眾討論的話題，而要提高能源的利用率， 就要測(cè)量 其利用率 。 因此，設(shè)計(jì)一種多功能、實(shí)時(shí)性高、精度高和成本低的 數(shù)字式功率因數(shù) 表是電工儀表行業(yè)研究員一直追求的目標(biāo) 。 由于內(nèi)有微處理芯片，因此測(cè)量精度較高，使用壽命長(zhǎng)，又具備事件記錄功能，可以記錄出現(xiàn)異常越限或者故障事件時(shí)的回路狀態(tài)，便于用戶分析事故原因。 圖 兩邊法測(cè)有功功率接線圖 設(shè)負(fù)載為星形連接，由圖 ， PW1 所測(cè)有功功率的瞬時(shí)值 P1為 ： ABAAAB iuuiuP )(1 ??? （ 21） PW2 所測(cè)有功功率的瞬時(shí)值為 ： CBCCCB iuuiuP )(2 ??? （ 22） 兩只表所反映的瞬時(shí)功率之和 )(21 CABCCAA iiuiuiuPPP ?????? （ 23） 根據(jù)基爾霍夫第一定律，三相三線電路中電流的瞬時(shí)值之和為零，即 0??? CBA iii （ 24） 有 BCA iii ??? （ 25） 將式 （ 25） 代 入 式（ 23） 可得 ： CCBBAA iuiuiuPPP ????? 21 （ 26） 式 （ 26） 為三相電路的有功功率瞬時(shí)值的表達(dá)式，因此可以說(shuō)，當(dāng)按圖 中任何一種接線方式 測(cè)量三相三線電路的有功功率時(shí) ，功率表都能正確地反映三相電路的有功功率 【 5】 。法測(cè)量三相無(wú)功功率接線圖 當(dāng)三相電路完全對(duì)稱時(shí)，兩只單相功率表的 讀數(shù) 為 ??? s ins in)90c o s ( 01 UIIUIUQ AABCAABC ???? (214) ??? s ins in)90c o s ( 02 UIIUIUQ CCABCCAB ???? (215) PW2 PW1 A B C 5 總無(wú)功功率為 ?sin221 UIQ ??? （ 216） 在不 對(duì)稱的三相電路中，兩功率表的讀數(shù)不完全相等，可以將兩塊表的讀數(shù)取平均值后再與 3 相乘，此種方法在實(shí)際中應(yīng)用較多 【 6】 。但隨著電能營(yíng)銷對(duì) 功率因數(shù)測(cè)量 的要求不斷地提高，傳統(tǒng)的感應(yīng)式 功率因數(shù)表受自身結(jié)構(gòu)的限制很難 擴(kuò)展。 如圖 所示： M SP 4 3 0 F 1 4 9 單片機(jī) 最小系統(tǒng) 電壓 互感器 電流 互感器 LED 顯示 串口 通訊 信號(hào) 處理 電路 圖 硬件檢測(cè)法 框圖 方案二： 電能測(cè)量芯片型 功率因數(shù) 表 采用 ADE7758 和 TI 的高性能 MCU MSP430F149 在此硬件平臺(tái)上來(lái)搭建全電子式數(shù)顯電測(cè)儀表， 電源部分采用的是正激式變壓器隔離的設(shè)計(jì)方案，顯示部分采用的是 LED 顯 8 示。 例如 :電壓、電流波形如圖 所示， 50Hz 交流電，每個(gè)周期為 20ms， 20ms 對(duì)應(yīng) ?2 。 正如 圖 所示，本設(shè)計(jì)通過(guò)由開(kāi)關(guān)電源模塊來(lái)為整個(gè)系統(tǒng)提供電能，單片機(jī)采集鍵盤的按鍵信息，并通過(guò)對(duì)相應(yīng)的按鍵進(jìn)行鍵值編碼，通過(guò)這些不同的碼可以判斷執(zhí)行什么行為，并經(jīng)過(guò)一系列的處理，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的命令。 第三 個(gè) 模塊：顯示電路，完成所需要的功率因數(shù)、線電壓、線電流、頻率等的顯示。 同步采樣法是指采樣時(shí)間間隔 sT 、被測(cè)交流信號(hào)周期 T 及