基于單片機(jī)的電表電量采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)-wenkub.com
2025-10-27 02:43 本頁面
【正文】 于這次設(shè)計(jì)也激發(fā)了我更想學(xué)習(xí)的動(dòng)力。這次設(shè)計(jì)我知道了要想做出好的東西就應(yīng)該打開知識面，不要只看著書本上的知識。我以前也不知道對著設(shè)計(jì)的一個(gè)產(chǎn)品，不僅要考慮其做出的精度與功能，還更要考慮它的成本問題。同時(shí)也見識到了仿真軟件的使用。是一 個(gè)復(fù)雜的過程，在這邊我只能理清楚原理，還不能進(jìn)行實(shí)際的操作。同時(shí)，本次畢設(shè)中也存在著一些問題，特別是前端的220v 電量的處理沒能實(shí)現(xiàn)功能。其中 P 表示正極性。如下圖 52 所示。 要 比較 注意 的是： 一定要把 Keil 的 運(yùn)行 工程和 Proteus 的文件放到同一個(gè)目錄下（這里所 指 的 是 Keil 的工程 即 工程的目錄）。 在 進(jìn)入 Keil 的 project 菜單 中的 oPtion/for/target“ 工程名 ” 。 用記事本打開 Keil 目錄下的 文件，在 [C51]欄目 中 加入 TDRV9=BIN/（ Proteus VSM Monitor51 Driver），其中 “TDRV9”中的 “9”要根據(jù)實(shí)際情況寫，不 能 和原來 的 文件 中的數(shù) 重復(fù)。 Keil Software 公司 生產(chǎn) 的 為 51 系列兼容單片 用 機(jī) C 語言軟件開發(fā) 的 系統(tǒng) 。每 5s 采集的電量存儲(chǔ)在 24c16中，每 1min，把電量轉(zhuǎn)化為電度，也儲(chǔ)存在 24C16 中。 主程序流程圖 系統(tǒng)的主程序流程圖如圖 41 所示，主要是初始化完成后等待 5s 時(shí)間到，啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換，采集 8 路電量信號。原理圖 31 所示。 74LS163 內(nèi)部有 4 個(gè) D 觸發(fā)器， Q0， Q1， Q2， Q3，分別可以做 2 分頻、 4 分頻、 8 分頻和 16 分頻。單片機(jī)的頻率為 12MHZ， ALE 的頻率為 2MHZ，而 ICL7135 所需的時(shí)鐘需要 125KHZ,則需要 16 分頻。但是這次設(shè)計(jì)用的是 C 語言，不能要到 MOVX 與 MOVC，所以單片機(jī)的 ALE 不能產(chǎn)生 1MHZ 的頻率。 串行連接如圖 310 所 示。定時(shí)器所用的 CLK 頻率是系統(tǒng)晶振頻率的 1/12，所以我們可以 利用 AT89C51 單片金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 硬件電路的設(shè)計(jì) 14 機(jī)的 ALE 信號作為 ICL7135 的脈沖（ CLK）輸入。六線連接如 圖 39 所示。 OVER 端是過量程端和 UNDER 端是欠量程端，當(dāng)有過量程和欠量程情況是可接入單片機(jī)，其余情況可不接。 其中 如果 我們 使用 ICL7135 的并行采集方式， 我們又會(huì)有 有兩種接線的方法：一種是 9 線連接，還有一種是 6 線連接。如圖 37 所示是積分電路。即參考電壓 V 如下公式 33 所示。 圖 36 所示是 ICL7135 的 VREF 引腳的外圍電路圖。如下公式 32 所示。 使用 TL431 與電阻組成 的恒 壓 源，如圖 34 所示。 單片機(jī)的外部振蕩電路圖 如圖 32 所示 。 單片機(jī)的 振蕩器的工作頻率一般在 之間，一般 情況下我們采用的 石英晶振作定時(shí)外部時(shí)鐘源， 在特殊情況下如 在不需要高精度參考時(shí)鐘時(shí)也可以考慮用電感代替晶振，有時(shí)也可以用 引入外部時(shí)鐘的脈沖信號。系統(tǒng)上電后，一般是通過手動(dòng)復(fù)位來實(shí)現(xiàn)的。 本次復(fù)位電路中，加電瞬間電容通過充電。 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中。 SCK 與 SDA 引腳需要接高電平， WP 引腳則接地。該存儲(chǔ)芯片有一個(gè) 16 字節(jié)頁寫緩沖器該器件，并由 I2C 總線接口進(jìn)行操作。由輸入 3 位地址碼 ABC 來決定開關(guān)要接通哪個(gè)的通道。 表 21 MAX7221地址排列順序 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X X X 地 址 數(shù) 據(jù) 多路模擬信號轉(zhuǎn)換開關(guān) 對于八路模擬信號的選擇我選用 CD4051 芯片。 16 位數(shù)據(jù) D0~D15 的排列見表 21。 MAX7221 引腳圖見圖 212。 TL431 是德州儀器公司生產(chǎn)的基準(zhǔn)源，有 良好的熱穩(wěn)定性能 ，具有三端 可調(diào) 的分流 式 基準(zhǔn)源。下面就 對 這些外圍的硬件 進(jìn)行介紹 。讓放大的信號可以進(jìn)過巴特沃斯低通濾波器進(jìn)行濾除，去除其中的二次諧波。 對輸出信號的放大可以選用放大器 AD620。所以人們常會(huì)利用某些半導(dǎo)體材料顯著的霍爾效應(yīng)來制成直流和低頻磁場 /電壓變換器。如下圖 27 所示。 ( M S D )( L S D )M S B( L S B )RE F2A CO M3INLO9INH I10V+11V1INT4AZ5B U F6CR E F +8CR E F 7CLK IN22UN R28O V R27S T RO B E26G ND24P O L23D120D219D318D417D512B113B214B415B816RU N/HO L D25B US Y21 圖 25 ICL7135引腳圖 圖 26 ICL7135封裝圖 ICL7135 引腳功能及含義如下： V： ICL7135 A/D 轉(zhuǎn)換器負(fù)電源引入端 ； +V： ICL7135 A/D 轉(zhuǎn)換器正電源引入端； DGND：數(shù)字地； REF：參考電壓 輸入口 ； AC：模擬地 ； INHI：模擬輸入正端；INLO：模擬輸入負(fù)端。所以選擇 ICL7135 為這次設(shè)計(jì)的 A/D 轉(zhuǎn)換器。緊接著控制邏輯電路在對數(shù)據(jù)寄存器中的次高置位“ 1”，在進(jìn)行完 D/A 轉(zhuǎn)換后與輸入的模擬信號進(jìn)行比較來決定改為上的“ 1”是否保留。 圖 24 雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器原理圖 而其他的常見 A/D 轉(zhuǎn)換器還有逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，它是一種反饋比較型A/D 轉(zhuǎn)換器。它是一種間接轉(zhuǎn)換式的 A/D 轉(zhuǎn)換器，又稱雙斜積分 A/D 轉(zhuǎn)換器。 AT89C51 單片機(jī)的引腳如圖 22 所示 ， 其封裝如圖 23 所示。 用 戶 2用 戶 3用 戶 4用 戶 5用 戶 6用 戶 7用 戶 8用 戶 1霍 爾 轉(zhuǎn) 換 器 1霍 爾 轉(zhuǎn) 換 器 2霍 爾 轉(zhuǎn) 換 器 3霍 爾 轉(zhuǎn) 換 器 4霍 爾 轉(zhuǎn) 換 器 5霍 爾 轉(zhuǎn) 換 器 6霍 爾 轉(zhuǎn) 換 器 7霍 爾 轉(zhuǎn) 換 器 88 路模 擬開 光放 大器低 通 濾 波器A / D 轉(zhuǎn) 換器單片機(jī)顯 示存 儲(chǔ)器 圖 21 整體電路框圖 AT89C51 單片機(jī)選擇與簡介 本次設(shè)計(jì)選擇是美國的 ATMEL 公司生產(chǎn)的 8 位 CMOS AT89C51。最后 使用 Proteus ISIS 與 Keil 仿真軟件 的 進(jìn)行 聯(lián)合仿真， 驗(yàn)證 算法的可行性。本文中對電量進(jìn)行處理之后，將其存儲(chǔ)在 PROME2 中，使用多路模擬開關(guān)進(jìn)行 8 路的模擬信號的分時(shí)采集。 正是由于以上背景，智能電度表應(yīng)運(yùn)而生。放眼未來，在各個(gè)方面，智能電表這種新型的工具有著非常的重要的用處。并且系統(tǒng) 5s 采集一次數(shù)據(jù)，通過 LED 循環(huán)顯示各路電量數(shù)據(jù)。 整體 硬件電路 將 采用模塊化設(shè)計(jì) ，方便快速 ?；趩纹瑱C(jī)的電表電量采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 改革開放以來，我國 經(jīng)濟(jì) 持續(xù)快速發(fā) 展， 隨之而來我國居民的 用電量 也在每天不斷 增加。 在系統(tǒng)中可以采集 8 戶民用電量。 關(guān)鍵詞 ： 電能計(jì)量， 89C51，信號處理 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 Abstract Electricity meter based on single chip puter data acquisition system Abstract With the development of economy and the increasement of the electrical quantity． With the development of single chip technolog
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