【正文】 注意這些反模糊化方法的規(guī)范定義而不是它們的名字。這些方法是為形成模糊分割的梯形成員函數(shù)想出來的。設計系統(tǒng)的穩(wěn)定性、性能、體積過多依賴硬件，使得設計成本較高，可以在軟件上加以改進，減少對硬件的依賴，節(jié)約成本。由于系統(tǒng)工作電源均取自電網(wǎng)，所以一旦電網(wǎng)斷電，監(jiān)測儀也會停止工作，不能記錄斷電信息，沒有能做到電網(wǎng)故障信息的全情監(jiān)測。第五章 設計總結使用滯回比較器對正弦波整形，雖然能克服過零比較器對過零點敏感，易受干擾的缺點，但是滯回比較器的小回差會帶來附加相移，由于元件參數(shù)的分散性，在硬件上很難保證電壓、電流兩路信號的整形相位移嚴格相等，這也就帶來了誤差。其它的不再贅述。高電平脈寬測量程序：利用計數(shù)器和外部中斷0對相位差脈沖高電平寬度進行測量，以得出相位差φ。電壓、電流有效值計算子程序：根據(jù)有效值的計算公式，由瞬時值計算出電壓、電流有效值，并保存，為以后顯示，上傳數(shù)據(jù)和判斷故障使用。電壓、電流瞬時值計算子程序： 每十次AD轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)，在這個子程序中先去掉最大最小值，然后將剩余8個數(shù)據(jù)求平均值，實現(xiàn)軟件濾波。需要ADC采集的數(shù)據(jù)共6路，采集完一相電壓后采集同相電流。系統(tǒng)初始化流程圖：單片機在復位后需要將初始化系統(tǒng)時鐘、片內(nèi)AD、I/O端口、串行接口、中斷，還要對外部液晶芯片初始化，使他們能工作在需要的工作狀態(tài)。圖中的各電阻起限流的作用。圖325報警電路接線原理說明：單片機的輸出電流不足以驅(qū)動揚聲器工作。報警電路的硬件采用聲光報警，每一種故障都同時發(fā)出聲光報警。這也是監(jiān)測儀的一個重要功能之一。矩陣的行線和列線分別和單片機的I/O口連接?？紤]到按鍵較多，本設計選擇矩陣式鍵盤方案。前一種方案的接線和軟件編程都相對簡單，后一種方案雖然在這兩方面都要稍微繁瑣一點，但在需要按鍵較多，單片機I/O端口又不富裕的時候則顯現(xiàn)出優(yōu)勢。矩陣式鍵盤的按鍵同時處于一條行線和一條列線上，一個按鍵按下會使得一條行線和一條列線的電平都發(fā)生變化，行線和列線都接到單片機的I/O口，單片機通過檢測電平變化，和簡單的公式計算出鍵盤的編號，然后轉(zhuǎn)去執(zhí)行該鍵對應的功能程序。前者工作時，一個單片機的I/O段口對應一個按鍵，工作原理與連接都很簡單，可以使用掃描或中斷兩種方式來檢測對應按鍵是否按下。另外，從實際出發(fā)，系統(tǒng)的功能還需要完善和豐富，例如手動解除報警、參數(shù)設置、顯示歷史記錄等。在不增加LCD體積的情況下，只能用軟件對信息進行循環(huán)顯示，考慮到現(xiàn)實中并不是一直有工作人員在通過當?shù)仫@示來獲取監(jiān)測信息，這樣做不僅沒有必要，而且加大了軟件開發(fā)的工作量，浪費CPU資源，增加了功耗。改變滑動變阻器的值可用于調(diào)節(jié)LCD的亮度。部分參數(shù)：模塊電壓，3V/5V,由模塊上的R決定；模塊電流：3V/,5V/2mA；輸入電壓，0～VDD；，參考電流30～90mA；背光參數(shù)，90mA；工作溫度 ，20℃～70℃ ；儲存溫度 ，30℃～80℃；引腳說明如下：1 K 背光源負極； 2 A 背光源正極；3 GND 地； 4 Vcc 3V/5V；5 NC 未用； 6 RS/CS 選擇寄存器（并行） 0：指令寄存器 1：數(shù)據(jù)寄存器； 片選（串行） 0：禁止 1：允許；7 RW/SID 讀寫控制腳（并行） 0：寫入 1：讀出； 輸入串行數(shù)據(jù)（串行）；8 E/SCLK 讀寫數(shù)據(jù)起始腳（并行）； 輸入串行脈沖（串行）；9 D0 數(shù)據(jù)線0 ； 10 D1 數(shù)據(jù)線1；11 D2 數(shù)據(jù)線2； 12 D3 數(shù)據(jù)線3；13 D4 數(shù)據(jù)線4； 14 D5 數(shù)據(jù)線5；15 D6 數(shù)據(jù)線6； 16 D7 數(shù)據(jù)線7；17 PSB 控制界面 0：串行 1：并行8/4位；18 /RST 復位信號，低有效；19 VR LCD亮度調(diào)整，外接電阻端；20 V0 LCD亮度調(diào)整，外接電阻端；液晶模塊的硬件接線圖如下：圖323 液晶顯示模塊硬件接線圖接線原理說明：與單片機采用8位并行接口方式，～。中文液晶顯示模塊具有上/下/左/右/移動當前顯示屏幕及清除屏幕的命令，具有光標顯示/閃爍控制命令及關閉顯示命令。與單片機等微控制器的接口界面靈活（三種模式：并行8位/4位。它可以實現(xiàn)漢字、ASICⅡ碼、點陣圖形的同屏顯示，廣泛應用于各種儀器儀表、家用電器和信息產(chǎn)品上作為顯示器件。結合本設計的顯示要求及性能指標，綜合考慮以上因素，決定使用LCD液晶顯示屏作為顯示設備。另外，它的電路接線不會隨著顯示信息的復雜而變得復雜。它的缺點是，只能顯示數(shù)字，一個數(shù)碼管只能顯示一位數(shù)字，多位顯示需要的數(shù)碼管數(shù)量較多，造成電路接線比較繁瑣。強光下仍具有較好的可視效果。電壓、電流值為數(shù)字，在目前的電子產(chǎn)品設計中一般有兩種備選方案，一種是七段LED數(shù)碼管顯示，另一種是LCD液晶顯示。該標準的信號頻率也只能到20kHz，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上最大距離僅30m，因為只有在這距離以內(nèi)信號地，才能安全的連接起來。芯片引腳圖如下： 圖321 MAX引腳圖引腳功能說明：C1+：電解電容1正極 C1：電解電容2負極C2+：電解電容2正極 C2：電解電容2負極V+：發(fā)送器輸出正電壓 V：發(fā)送器輸出正電壓T1IN： TTL/CMOS輸入端1 T2IN：TTL/CMOS輸入端2T1OUT：TTL/CMOS輸出端1 T2OUT：TTL/CMOS輸出端2R1IN： RS232輸入端1 R2IN： RS232輸入端2R1OUT：RS232輸出端1 R2OUT：RS232輸出端2 Vcc： 電源 GND：地MAX232芯片與單片機的電路連接圖：圖322 MAX硬件接線圖 小結RS232是為相對慢數(shù)據(jù)速率（20Kb/s）和短距離內(nèi)進行單端數(shù)據(jù)傳輸制定的。Max232芯片的作用就是起到電平轉(zhuǎn)換的作用。每一個發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F電平。該器件包含2驅(qū)動器、2接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F電平。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標準，目前已在微機通信接口中廣泛采用。目前RS232是PC機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口，許多電子式電能表上就帶有RS232接口，本設計單元就以讀取帶由RS232接口的電能表的計量值為目標進行設計。 RS232串行通信單元監(jiān)測儀要能“讀取電度表的實時計量值”，這是設計任務的要求，只有這樣才能真正達到監(jiān)測的目的。較之目前許多RS485基于R線構建的分布式控制系統(tǒng)而言,基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)越性：與一般的通信總線相比,CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。 CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài),CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。它與ISO/DIS11898標準完全兼容。 通訊介質(zhì)采用廉價的雙絞線，無特殊要求，用戶接口簡單，容易構成用戶系統(tǒng)。 CAN采用的是短幀結構，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，具有CRC校驗和其它檢測措施，數(shù)據(jù)出錯幾率小。 CAN采用非破壞性仲裁技術，當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點自動 停止發(fā)送，在網(wǎng)絡負載很重的情況下不會出現(xiàn)網(wǎng)絡癱瘓。 CAN總線的特點CAN可以是對等結構，即多主機工作方式，網(wǎng)絡上任意一個節(jié)點可以在任意時刻主動地向 網(wǎng)絡上其它節(jié)點發(fā)送信息，不分主從，通訊方式靈活。它最初是由德國BOSCH公司為汽車監(jiān)測和控制而設計的，目前CAN已逐步應用到其它工業(yè)控制中，現(xiàn)已成為ISO11898國際標準。 CAN總線單元 CAN總線技術簡介CAN 是Controller Area Network（控制器局域網(wǎng)）的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國際標準化的串行通信協(xié)議。電容的耐壓值=，選30V?？紤]電網(wǎng)電壓有177。橋式整流電路輸出電壓平均值Uo（AV）≈=17V（U2為變壓器二次側電壓），則U2=17/≈，取19V，變壓器變比取為220：19，選雙抽頭型。17V ，即要求整流橋輸出直流電壓為177。電容C16可以將電源端上瞬間的尖峰、毛刺對地短路掉，C17能抑制電壓的波動，使電壓變得平穩(wěn)光滑。輸入輸出端分別對地接電容，起到濾波的作用。可輸出的電流范圍為0～800mA，～10V。本設計中選用實際中較為常用的阿爾法半導體公司的AS1117M1。 圖316 177。解決這個問題的有效方法是改用開關式的電源IC，如LM2575系列電源IC。使用779芯片有一個明顯缺點，就是這些芯片屬于線性穩(wěn)壓，發(fā)熱浪費很厲害。177。12V電源使用國家半導體公司（National Semiconducter）的集成三段穩(wěn)壓器LM79L12AC：Vin最小為35V，一般需在27V~，典型值為17V。+12V電源使用國家半導體公司（National Semiconducter）的集成三段穩(wěn)壓器LM78L12AC：Vin最大為35V，~27V，典型值為19V。圖中電解濾波電容起到濾波的作用，是脈動的直流電壓變得平滑。5V 電源硬件接線圖接線原理說明：電網(wǎng)電壓經(jīng)變壓器降壓，經(jīng)整流整成直流電壓信號。輸出電流100mA，最大輸出電流140mA。+5V電源使用國家半導體公司（National Semiconducter）的集成三段穩(wěn)壓器LM78L05：Vin最大為35V，一般需在7V~20V，輸出電流100mA，最大輸出電流140mA。12V直流電源是在電子線路中經(jīng)常用到的直流電源，常用的解決方案是使用變壓器和779系列三端穩(wěn)壓器。12V直流電源177。 177。5V和177。12～177。3V~177。芯片以及它們各自的工作電壓如下所示：單片機C8051F040：DC ~ CAN總線驅(qū)動器：PCA82C250T：DC ~雙通道RS232線性驅(qū)動接收器的MAX232：DC +5V177。在轉(zhuǎn)換完成后，8位數(shù)據(jù)字被鎖存到一個特殊功能寄存器中。轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)允許用軟件命令、定時器溢出或外部信號啟動ADC2轉(zhuǎn)換。ADC2的電壓基準通過引腳VREF2輸入。有8個用于測量的輸入端，可以被配置為單端或差分輸入。該ADC工作在500ksps的最大采樣速率時可提供真正的8位精度，INL為177。要求設計精度為1%，8位ADC 的精度為1/=1/2561%，滿足要求，故選用8位ADC。模數(shù)轉(zhuǎn)換器使用C8051F040的片內(nèi)ADC。不僅免去了片外擴展CAN總線控制器模塊和A/D轉(zhuǎn)換器，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，也滿足了系統(tǒng)對快速性的要求。端口 I/O、/RST和 JTAG 引腳都容許 5V 的輸入信號電壓。所有模擬和數(shù)字外設均可由用戶固件使能/禁止和配置。具有6個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列 硬件實現(xiàn)的 SPI、SMBus/和兩個UART 串行接口 4352（4K+256）字節(jié)的片內(nèi) RAM 兩個 12 位 DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式允許高電壓差分放大器輸入到 12/10 位 ADC（60V 峰峰值），增益可編程 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）高速、流水線結構的 8051 兼容的 CIP51 內(nèi)核（可達 25MIPS）C8051F040是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型 MCU，具有 64 個數(shù)字 I/O 引腳，片內(nèi)集成了一個 控制器。又由于本設計中單片機要承擔大量的計算任務，需要消耗一定時間，同時又要保持對電能量信息采集的實時性，因此快速性也是重要指標之一。穩(wěn)定的性能是對一個系統(tǒng)的最基本的要求。3V～177。可廣泛應用于穩(wěn)定積分、精密絕對值電路、比較器及微弱信號的精確放大，尤其適應于宇航、軍工及要求微型化、高可靠的精密儀器儀表中。本設計中選用低噪聲、低失調(diào)、高精度運算放大器運算放大器OP07C。小回差將引起一個小的相位移，由于元件參數(shù)的分散性，在硬件上要保證電壓、電流兩路信號的整形相位移嚴格相等等是很困難的，可以考慮采用軟件修正的方法盡量減小這一誤差。 從集成運放輸出端的限幅電路可以看出, 。 本設計中采用小回差的滯回比較器來代替過零比較器。這種情況下，若使用過零比較器對互感器輸出的信號進行波形變換，當正弦輸入電壓過零時，由于諧波的作用或干擾的影響，比較器的輸出會發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)，從而使脈沖信號與正弦信號不能對應。然而實際當中，三相發(fā)電機產(chǎn)生的電壓波形或多或少與正弦波有些差別，因此，含有一定的諧波分量；變壓器的勵磁電流是非正弦周期波，含有高次諧波分量。因此，過零比較器很靈敏，但同時抗干擾能力較也差。其優(yōu)點是消除了波形變換中因過零比較器零點漂移產(chǎn)生的偏移誤差。利用單片機的定時計數(shù)器可以測量脈沖信號的發(fā)生時刻，為了跟蹤電網(wǎng)頻率以提高測量精度，還可以把電壓、電流兩路脈沖信號相異或，形成一路與相角差對應的脈沖信號作為定時計數(shù)器T的外部事件。因此，首先要把正弦電壓和正弦電流經(jīng)過零電壓比較器處理成與之對應的方波信號。本單元電路就是為了測量φ而設計的。電壓值u、電流值i可以通過電壓傳感器、電流傳感器和ADC來完成測量。電路連線圖及產(chǎn)品外觀圖片：