【正文】 誤差（%） 是否滿足要求 46Hz 46．001Hz是 49Hz 是 51Hz 51．0007Hz是 54Hz 是附錄Ⅳ 主程序源代碼include include include include include include sbit key2=P0^3。通過本次設計，我們深刻體會到共同協(xié)作和團隊精神的重要，也強烈的意識到課本知識與實際相結合的重要性。經(jīng)過多日努力，我們的設計基本完成了題目要求，由于仿真軟件的限制，可能效果不是非常理想。（4）整個系統(tǒng)版由手工焊接完成，布線時無法避免線路之間和外界的電池干擾。（2）采樣電阻精度誤差。通過對器件的仔細挑選，我們力圖使硬件系統(tǒng)簡單化，在不降低系統(tǒng)參數(shù)的條件下降低成本。四、系統(tǒng)的檢測方法及理解 測試儀器及測試方法測試儀表：函數(shù)信號發(fā)生器/計數(shù)器，數(shù)字萬用表，示波器 測試方法：用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦信號波作為電壓信號波輸入，此電壓信號經(jīng)移相電路移相后作為同一路的電流信號輸入，經(jīng)采樣送單片機處理后顯示，將顯示的各數(shù)值同示波器觀察值和萬用表側(cè)得值作比較，計算出各誤差值。 設、分別為基波或x次諧波交流電壓、電流、有功功率、無功功率（x=0時，表示基波，x=5.....時，表示對應的諧波），則有： 總的輸入信號的有效值，有功、無功功率，功率因數(shù)為： ， ， ， 上兩式可采用近似計算公式 ， ，其相對誤差為。 = 對于x次諧波，同樣可得其復數(shù)振幅的實部和虛部： ， 對另一路輸入的交流電流信號可同樣應用上述公式求出x次諧波分量的復數(shù)振幅的實部和虛部…。= = 對正弦輸入信號可證明 （3） 是輸入信號的基波頻譜系數(shù)，k為小于N的正整數(shù)，代表第k 次的采樣。 采樣信號的處理 對輸入的交流電壓、電流信號的公式證明假設輸入信號的基波信號為頻率為ω的正弦波電壓 其中2，則 =+ （1） 若將看作的復數(shù)振幅 ，則 （2）對信號每周采樣次產(chǎn)生采樣序列 = ， 其中 為采樣間隔。二、系統(tǒng)硬件設計與計算 信號波一周期采樣點數(shù)的確定由奈奎斯特采樣定理得，在信號頻率變化時若都能保證對信號周波內(nèi)等間隔、均勻采樣60個點，經(jīng)FFT算法后不僅能夠達到工頻交流電測量的要求，而且可以對普通信號的30次以下的諧波進行分析，這足以滿足賽題要求測量5次的諧波含量的要求，同時考慮到采樣點數(shù)較少時，積分法進行運算的誤差就難以達到系統(tǒng)的精度要求。選擇這塊液晶模塊是從系統(tǒng)實際需要和將來的擴展空間出發(fā)考慮的。圖5 顯示電路原理圖顯示模塊我們使用了12864F這款液晶模塊。適當改變R和C 的值，則可滿足不同的相移要求。 移相電路在交流電路中，電阻電路是線性的，電容的相位超前90度，電感的相位滯后90度。同時通過調(diào)節(jié)連端的電阻來校正輸入數(shù)據(jù)的準確程度。系統(tǒng)用C8051F340作為MCU，通過LF353運放，進行整波，并用18V穩(wěn)壓源進行穩(wěn)壓。C8051F340中的串行接口能方便的與其它串行傳送信息的外圍設備實現(xiàn)雙機，多機通信。設計中，通過采樣保持電路實現(xiàn)了對電壓和電流兩路信號的分別保持，保證了電壓信號和電流信號采樣的同時性，從而確保了功率測量的準確性。其工作過程為：主控制器模塊將數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)據(jù)處理后，通過顯示模塊進行顯示，按鍵模塊可通過主控制器模塊，來間接控制顯示模塊顯示內(nèi)容的切換。簡易電能質(zhì)量檢測裝置設計方案一、系統(tǒng)設計方案及原理圖 總體設計思想通過分析賽題得，本檢測裝置主要有主控制器模塊、顯示模塊、按鍵模塊和信號變換與處理模塊等組成，系統(tǒng)整體框圖如下圖1所示。圖1 系統(tǒng)整體框圖單片機只能處理數(shù)字量，其I/0口的TTL電平有一定的限制：，并且模數(shù)轉(zhuǎn)換器一般只能采樣正的信號值，故輸入的交流電壓與電流信號要分別經(jīng)電壓變換與處理模塊和電流變換與處理模塊處理后，才能送數(shù)模轉(zhuǎn)換器進行采樣與量化處理。 主要單元模塊電路圖及分析 電源部分電路 圖2 電源部分電路圖為便于本試題的設計與制作，設定待測的100～500V交流輸入電壓、10～50A交流輸入電流均經(jīng)由相應的變換器轉(zhuǎn)換為對應的1～5V交流電壓。 單片機主控制電路圖3 主控制器部分原理圖電源電路提供穩(wěn)定的+，時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號，復位電路使單片機實現(xiàn)初始化狀態(tài)復位。它的內(nèi)部有一個10位SARADC和一個差分輸入多路選擇器，可提供10位AD轉(zhuǎn)換電路。利用RC震蕩電路實現(xiàn)一個信號輸入同時產(chǎn)生電壓與電流信號輸入的效果，來得到其波形的相位差。因為模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC不能采集二維數(shù)軸負半軸的信號，所以要在電壓和電流兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換通道前各加一個波形移位電路，其原理圖如上圖3所示，使輸入波形不失真的全部移到二維數(shù)軸的正半軸以上。選擇不同的RC數(shù)值，能使RC組成電路的輸出相對輸入產(chǎn)生不同的相移，理論上一級RC最大相移可達90度，通?？梢?級、3級串聯(lián)使用（在振蕩器中），這樣最大相移可達2700。本系統(tǒng)移相電路將輸入的電壓信號移位后代表同一路的電流信號，便于系統(tǒng)的調(diào)試。這塊液晶是點陣型液晶模塊，自帶中文字庫。由于顯示模塊只需顯示設定輸出值和實際輸出值，從降低成本出發(fā)不必使用更高級的液晶模塊。所以AD采樣時，一周期內(nèi)采樣的點數(shù)我們?nèi)?4，即用軟件倍頻的方法對輸入信號的頻率64倍頻，然后以此頻率作為AD采樣頻率。對進行離散傅里葉變換得到基波分量的頻譜系數(shù)。由式(1)﹑(2)和(3)三式可得出與的關系。 交流電壓有效值﹑電流有效值﹑有功功率、無功功率和視在功率的計算。三、系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件流程見附錄Ⅳ。 交流電壓有效值和交流電流有效值測試結果如下表1 功率測試結果如下表2 視在功率PF=cosΦ=P/S 發(fā)揮部分測試結果及分析五、小結在本次設計中我們仔細分析了電路圖的排版結構，用最適合的方式接線，大大縮小了電路的規(guī)模，使系統(tǒng)內(nèi)部的干擾及串擾大大降低，這使系統(tǒng)調(diào)試的難度降低?，F(xiàn)分析設計過程中系統(tǒng)產(chǎn)生誤差的原因：（1）單片機輸出PWM誤差。（3）A/D采樣電路轉(zhuǎn)換誤差和量化誤差。（5）功率的測量是由電壓、電流的測量值間接計算所得，由于誤差的累計效應會使有功功率、無功功率和視在功率與理論值存在誤差。本次設計極大的鍛煉了我們各方面的能力，雖然我們遇到很多困難和障礙，但是合作與努力，困難與希望并存。我們將繼續(xù)努力爭取更大的進步。 //基本和發(fā)揮部分多個界面切換sbit key1=P0^4。 //發(fā)揮部分諧波顯示/波形顯示切換/********************************************************************* 常量及全局變量定義********************************************************************/define SYSCLK 000000define ADC_CLK 1600000define K 15define K1 define wavek define feqk int code vxiebo[6]={1270,5,422,3,252,1}。float doudong。unsigned int imax=0。unsigned int vmin=0。unsigned char minindex=0。/*顯示*/long xdata c[6]。int vxiebozx[6]。unsigned int luxiebozx。//float xdata vxieboyx[6]。float xdata vxbyx。float idata vta。float idata cosvalue。float idata costemp。long idata qw。float pf。//////////////////sbit key=P1^0。unsigned int j=0。//unsigned int cos=0。unsigned int counter1=0。unsigned int time0=0。long temp=0。unsigned int temp_th0=0。bit waveflag=0。bit time_get_flag=0。bit int0flag=0。unsigned int xdata ad_v0[129]。 //電壓采樣