【正文】 合 單片機 的 直流電壓 信號，進行采樣 信號的 分析 和 處理 ，并 與設定的基準值相比較 ，對 其 結果用 LED 實時輸出。 關鍵詞： 單片機，波動 ，監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集， 濾波 基于單片機的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 II Abstract This design is based on acquisition system with microprocessor controlled voltage. Home and laboratory on the voltage requirements of various electrical appliances and equipment relatively high, too high or too low in voltage fluctuations generated when errors or damaged, it is essential for realtime monitoring of voltage. The system uses Sunplus SPCE061A MCU as the core control device, using Hall voltage sensor on 220 volts, 50 Hz voltage signal data acquisition. The conditioning circuit filter conditioning and filtering by taking into account wave devices for single chip DC voltage signal, sampled signal analysis and processing, and with the reference value set by paring its results with realtime LED output. The design involves linguistics, puter science, signal processing, analog / digital power conversion and many other fields, in coal mines, production can be widely used, the technology has very broad application prospects. Key word: SCM , volatility , monitoring , data collection , filtering 基于單片機的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 III 目錄 1 緒論 .................................................................... 1 電壓數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)狀 .................................................. 1 電壓數(shù)據(jù)采集的基本原理 .............................................. 1 本系統(tǒng)設計的目的 .................................................... 2 本系統(tǒng)完成的功能 .................................................... 3 2 模塊特性介紹 ............................................................ 5 SPCE061A 模塊的介紹 .................................................. 6 SPCE061A 單片機的介紹 ................................................ 8 3 系統(tǒng)的硬件設計 ......................................................... 15 電壓傳感器的選擇和設計 ............................................. 15 調(diào)理電路的設計 ..................................................... 17 二階濾波器的原理及設計 ............................................. 19 采樣的 方式和原理 ................................................... 21 整個電路的繪制 ..................................................... 22 4 系統(tǒng)軟件的設計 ......................................................... 25 編程語言的選擇 ..................................................... 25 編程環(huán)境的介紹 ..................................................... 26 系統(tǒng)的程序 ......................................................... 28 5 采集系統(tǒng)調(diào)試與運行結果分析 ............................................. 32 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件的調(diào)試 ............................................. 32 系統(tǒng)測試時出現(xiàn)的問題及解決方法 ..................................... 33 小結 ............................................................... 33 參考文獻 ................................................................. 34 致 謝 ................................................................... 35 基于單片機的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 1 1 緒論 隨著科學技術的飛速發(fā)展，對數(shù)據(jù)處理的實時性要求也愈來愈迫切。例如在實時監(jiān)控系統(tǒng)中，必然要求對測量數(shù)據(jù)實時處理。可見，實時處理數(shù)據(jù)意義是很大的。 電壓數(shù)據(jù)采集 的現(xiàn)狀 隨著信息技術的飛速發(fā)展，各種數(shù)據(jù)的實時采集和處理在現(xiàn)代工業(yè)控制和科學研究中己成為必不可少的部分。但國內(nèi)對電壓在線監(jiān)測裝置的研究和開發(fā)起步較晚，大約 20 世紀 90 年代才逐漸開始，但其發(fā)展速度很快。它將模擬量采集、轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再經(jīng)過計算機處理得出所需的數(shù)據(jù)。在電量的測量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個被采集量，其中電壓量的采集最為經(jīng)常?，F(xiàn)代數(shù)字邏輯電路集成度越來越高，不僅有利于電網(wǎng)電壓采集的小型化，更可貴的是能夠提高可靠性。 隨著單片機的出現(xiàn)和廣泛應用，國外生產(chǎn)和制造儀器的各大公司紛紛把它用于測量儀器中，產(chǎn)生了儀器發(fā)展中的一次革命，研制出了各種智能儀器，由模擬電子線路實現(xiàn)儀器的信號測量，并由微處理器來增加儀器的功能，簡化儀器結構。這類儀器同指針式儀器相比較精度有了很大的提高，能直觀讀取測量結果，而且可靠性高，易于使用 [2]。現(xiàn)在 A/D 的集成化很高，很多都內(nèi)置了基于單片機的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 2 采樣 /保持放大器和電壓參考源等單元電路，為應用的簡化提供了方便。經(jīng)過以上處理后，信號被送入采樣保持器進行采樣，然后被模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行量化，量化后的數(shù)據(jù)被送入存儲器進行存儲或者以供處理。數(shù)據(jù)采集部分是整個測量部分的核心。根據(jù)采樣定理，如果采樣頻率不夠高，輸入信號將會產(chǎn)生混疊現(xiàn)象，采樣得到的數(shù)據(jù)將不能完全恢復出原始信號。也就是說，在被測信號經(jīng)過前向通道降低為合適的電平被數(shù)據(jù)采集裝置采集之后，轉(zhuǎn)化的結果能否最大限度的逼近真實信號，取決于數(shù)據(jù)采集裝置的采樣速度。 電壓模擬信號進入數(shù)據(jù)采集部分后，先通過采樣 /保持器，再進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 A/D 轉(zhuǎn)換所得的數(shù)據(jù)寫入 A/D轉(zhuǎn)換器的輸出寄存器，然后比較電路或軟件計算程序，從輸出寄存器中提取數(shù)據(jù)，與基準值進行比較，做出預期的判斷 [3]。 在社會生產(chǎn)領域，高科技孕育大量電子企業(yè)，其生產(chǎn)往往伴隨著大量精密電子控制系統(tǒng)的廣泛使用，同樣參與生產(chǎn)的過程控制裝置PLC 、工業(yè)機器人等都是對電壓波動十分敏感的負荷，表 11 詳細列舉了電壓波動給各種敏感設備帶來的不良影響。 可編程控制器（ PLC） 當電壓低于 80%時， PLC 停止工作，一些 I/O 設備，當電壓低于 90%，持續(xù)幾個周波就會被切除。 調(diào)速驅(qū)動器 (ASD) 當電壓低于 70%，持續(xù)時間超過 6 個周波時， ASD 被切除；而對于一些精細 加工工業(yè)中的電機，當電壓低于 90%，持續(xù)時間超過 3 個周波時，電機會被跳閘而退出運行。 計算機 當電壓低于 60%，持續(xù) 12 個周波時，計算工作將受到影響。 在現(xiàn)代工業(yè)中，廣泛應用著這些設備，任一設備的作業(yè)中斷都將可能導致整個流水線、甚至全廠作業(yè)的中斷，造成的損失非常巨大，因此工業(yè)用戶對供電質(zhì)量的要求比其中單個敏感用電設備更 高。這也就是一些重要的計算機設備都要裝配不停電電源（ UPS）的原因。 由于家庭電壓時常出現(xiàn)波動， 就 需要監(jiān)測電壓是否在正常范圍內(nèi) ，起到一個報警的作用。此系統(tǒng)運用電壓傳感器采集一路電壓信號，經(jīng)調(diào)理電路的調(diào)理和濾波器的濾波將電壓轉(zhuǎn)化成單片機能夠接受的直流電 壓信號，通過數(shù)據(jù)處理后與設定值的比較 ，報告電壓的正常與否 ，圖 11 是系統(tǒng)設計的基本流程 。 SPCE061A 內(nèi)部有 8 路 10 位精度的 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以直接將信號輸入其 A/D 轉(zhuǎn)換通道。 圖 12 系統(tǒng)功能圖 基于單片機的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 5 2 模塊特性介紹 電壓數(shù)據(jù)采集的硬件主要以電壓傳感器的設計，調(diào)理電路的設計 和二階濾波電路的設計，其核心控制原件為 SPCE061A 單片機為主控制的 61 板 ,其電路 原理 圖和電路 實物圖 如下所示 [4]。 SPCE061A 單片機應用領域非常廣泛，例如應用在家用電器控制器、工業(yè)控制制、通信產(chǎn)品、醫(yī)療 設備以及電子書籍等諸多方面。 圖 24 61 板的接口圖 輸入 /輸出（ I/O）接口 61 板將 SPCE061A 的 32 個 I/O 口全部引出： IOA0～ IOA15，IOB0～ IOB15，對應的 SPCE061A 引腳為： A 口， 41～ 4 5 54～ 60； B 口， 5～ 81～ 7 68～ 64。 61 板具有強大的語音處理功能，如圖 所示， X1 是語音的 MIC 輸入端，自帶自動增益（ AGC）控制， J3 是語音輸出接口，一個 2pin的插針外接喇叭，由 DAC 輸出引腳 21 或 22 經(jīng)語音集成放大器 SPY0030A 放大，然后輸出， SPY0030A 是凌陽的一款芯片，功能相當于 LM386，但是比 LM386 音質(zhì)好，它可以工作在 ~，最大輸出功率可達 700mW（ LM386 必須工作在 4V以上，而且功率只有 100mW）。所以，在板子上具有兩種工作電壓： 5V和 。 61 板的供電電源系統(tǒng)采用用戶多種選擇方式： （ 1） 5V供電 用戶可以用 3 節(jié)電池來供電， 5V直流電壓直接通過 SPY0029（相當于一般 壓器）穩(wěn)壓到 ，為整個 61 板提供了 5V和 兩種電平的電壓。 基于單片機的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 8 （ 2） 用戶可以提供直流 ，此時整個板子只有 電壓， I/O端口電壓此時只有一種選擇。nSP?系列產(chǎn)品 SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一個 16位結構的微控制器。較高的處理速度使 μ39。因此，與 SPCE500A相同，以 μ39。 SPCE061A 在 ～ 工作電壓范圍內(nèi)的工作速度范圍為 ～，較高的工作速度使其應用領域更加拓寬。 SPCE061A是數(shù)字聲音和語音識別產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟的應用 [7]。nSP?微處理器 ； 2． CPU時鐘 ： ； 3． 工作電壓： ； 4． 編程 Flash工作電壓： ； 5． IO 口 A＆ B 工作電壓： ； 6．內(nèi)置 32K 閃存 ROM； 7．內(nèi)置 2K 字 SRAM； 8．可編程 音頻處理 ；