【正文】 精度必定會受到影響。在實際同步采樣系統(tǒng)中，要嚴格滿足式(23)是很困難的。 軟件同步采樣及同步誤差分析對周期為T的被測信號在一個周期內于、…、…、時刻采樣N個點，令，如果有： (21) (22)同時成立，則稱采樣為理想同步采樣，Ts為采樣周期。然而目前常規(guī)的軟件同步實現(xiàn)方法中，存在的同步誤差限制了軟件同步采樣系統(tǒng)測量精度的進一步提高，使它不能滿足諸如電能計量、電壓電流高次諧波分析等高精度測量場合的需要。同步采樣可以用硬件實現(xiàn)，也可以用軟件實現(xiàn)。準同步采樣降低了對信號頻率、采樣時間間隔和振蕩器頻率的要求，因此可以用要求低的振蕩器代替同步采樣中要求高的同步環(huán)節(jié)，使測量裝置簡單，簡化電路。為解決該項誤差，在八十年代初，清華大學戴先中教授提出了準同步采樣法[6]，即在|Δ|不太大的情況下，當滿足N(2π+Δ)M/2π（M為最高諧波次數(shù)）時，通過增加采樣數(shù)據(jù)量和增加迭代次數(shù)來提高測量準確度。由于鎖相環(huán)的實時跟蹤性，當被測信號頻率fi變化時，電路能自動快速跟蹤并鎖定，始終滿足的關系，即采樣頻率為被測信號頻率的整數(shù)N倍，從而實現(xiàn)一周期內等間隔采樣N點。硬件同步采樣一般是利用鎖相頻率跟蹤原理實現(xiàn)同步等間隔采樣的，電路如圖21所示：圖21 倍頻鎖相同步電路在相位比較器PD、低通濾波器LP、壓控振蕩器VCO構成的鎖相環(huán)內加入N分頻器，輸入被測信號的頻率fi，作為鎖相環(huán)的基準頻率，輸出fo為采樣頻率。軟件同步采樣法一般實現(xiàn)方法是：首先測出被測信號的周期T，用該周期除以一周期內采樣點數(shù)N，得到采樣間隔，進而確定定時器的計數(shù)值，利用定時中斷方式實現(xiàn)同步采樣。但實際采樣中不一定是一個整周期，故同步采樣法需要保證采樣截斷區(qū)間等于被測連續(xù)信號整周期的整數(shù)倍。根據(jù)校準措施不同，交流采樣法可分為同步采樣法和準同步采樣法[5]。2 方案論證與選擇 交流采樣方法選擇交流采樣法，即直接對連續(xù)的模擬信號進行等間隔采樣，再用特定的數(shù)值算法進行處理。本文將詳細介紹高速微控制器C8051F020在電力參數(shù)測量系統(tǒng)中的應用和實現(xiàn)[4]。由于其指令周期長、在高速采樣和實時性方面受到一定的限制。單相交流電之電力運行參數(shù)測量裝置擁有電度表（電能表）的功能，可以顯示當前電流、電壓值，測量并顯示功率因數(shù)、有功功率、無功功率、視在功率及系統(tǒng)消耗的電能。時至今日，電作為一種最重要的能源跟我們的工作、生活緊密地聯(lián)系著，可以這么說，如果沒有了電，人類社會就不能正常地運轉，整個社會就會混亂。這兩種顯示器可顯示的內容更多，逐步取代了傳統(tǒng)的繼電器、步進電機和機械數(shù)碼輪顯示方式[3]。后備電源的供給采用高效鋰電池。3) 功耗減小由于采用低功耗元件，以及具有電源管理模塊的芯片，使芯片本身以及整個系統(tǒng)的功耗大大降低。2) 功能多樣化除了計量電量的基本功能外，又增加了最大需量、脈沖輸出的功能。 電力監(jiān)測裝置的發(fā)展方向國內新型多功能電力參數(shù)測試儀正朝著以下幾個方面發(fā)展：1) 體積小型化早期這類測試儀的體積比較大，安裝和使用場合受到諸多限制。準確度高、可靠性好的元器件以及大規(guī)模集成電路等的采用，使電子式電能表的使用壽命、準確度、穩(wěn)定度等技術指標均顯著改善。這種類型的電能表利用位數(shù)較多的A/D轉換電路或自動量程轉換電路，原理上可達到很高的配置準確度，且它在一定周期內對電壓、電流信號進行采樣處理的方法，保證了測量準確度可不受高次諧波的影響。按所依托的乘法器類型的不同，可將電子式電能表分為模擬乘法器型電子電能表和數(shù)字乘法器型電子電能表。近二十年來，大量新型電子元器件的相繼出現(xiàn)，為電子式電能表的更新?lián)Q代奠定了基礎。由于電能是電功率對時間的積分，所以任何電子電路式計量方案的第一步就是確定電功率。隨著電力系統(tǒng)的不斷擴大以及對電能合理利用的探索，使感應式電能表暴露出準確度低、使用頻率范圍窄、功能單一等缺點，為使電能計量儀器儀表適應工業(yè)現(xiàn)代化和電能管理現(xiàn)代化飛速發(fā)展的需求，電子式電能表應運而生。但是電力參數(shù)測量儀表通常是按工頻正弦波形設計的，當電網存在諧波時，將產生測量誤差。通過雙重絕緣、加強絕緣和采用高質量雙寶石軸承甚至磁懸?。ù磐疲┹S承等技術手段，其結構和磁路的穩(wěn)定性得以提高，電磁振動被削弱，使用壽命大大延長，且過載能力明顯增強。轉盤的轉動經蝸桿傳遞到計數(shù)器，累計轉盤的轉數(shù)，從而達到計量電能的目的。機械式電能表由于其穩(wěn)定性和精度都不高，隨著電力市場改革的不斷深入，我國在各級電能計量系統(tǒng)的建立中，大部分已將機械式電能表更新為電子式電能表[1]。應用于電力系統(tǒng)的電力參數(shù)實時監(jiān)測功能，在變電站一級一般都由遠動裝置來實現(xiàn)；而在日常生活中，一般只是利用電能表進行電量的計量，其原理是通過將有功功率對時間的積分來計算有功電能。 Numerical Integration目　錄摘　要 IAbstract II目　錄 III1 前言 1 電力監(jiān)測裝置的現(xiàn)狀 1 感應式機械電能表 1 電子式電能表 1 電力監(jiān)測裝置的發(fā)展方向 2 本課題的背景和意義 3 本論文的主要工作 32 方案論證與選擇 4 交流采樣方法選擇 4 交流采樣法 4 軟件同步采樣及同步誤差分析 5 改進的軟件同步實現(xiàn)方法 6 電力參數(shù)交流采樣算法 7 最大值法 7 半周期積分法 7 數(shù)值積分算法 8 離散傅立葉法 9 系統(tǒng)方案選擇 10 子模塊方案選擇 11 電流電壓的取樣方案 11 頻率測量方案 12 功率因數(shù)測量原理 13 功率因數(shù)測量法選擇 14 電能計算原理 153 系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn) 16 單片機最小系統(tǒng)部分 16 鍵盤顯示部分 19 電壓、電流信號采集部分 20 電壓、電流采樣電路 20 電壓、電流全波整流電路 21 電壓、電流正弦波過零比較電路 22 數(shù)/模轉換部分 224 系統(tǒng)軟件設計 24 系統(tǒng)軟件設計的指導思想和一般方法 24 單片微機的軟件設計 24 軟件結構設計 24 軟件過程設計 25 軟件設計的主要任務 25 系統(tǒng)軟件的具體設計 26 按鍵掃描及處理顯示模塊 26 功率因數(shù)測量及計算模塊 27 電壓、電流軟件同步采樣模塊 28 電壓、電流計算模塊 31 時鐘模塊 325 運行與調試 33 系統(tǒng)的調試 33 單片機最小系統(tǒng)部分的調試 33 采樣單元的調試 33 軟件的調試 34 測量數(shù)據(jù) 35 結果分析 356 結束語 37致謝 38參考文獻 39附錄 40571 前言 電力監(jiān)測裝置的現(xiàn)狀在工業(yè)生產和日常生活中，電能的質量越來越受到重視。 RMS?！娟P鍵詞】單片機；電力參數(shù)；有效值；軟件同步算法；數(shù)值積分The Design of Power Parameters Measuring DeviceAbstract【ABSTRACT】Nowadays, the power as one of the most important source of energy with our work and daily life are closely linked, and how to measure it has important practical significance. This paper introduces an approach based on C8051F020 MCU operating parameters of power measuring device, the device monitoring and control the use of singlechip microputer as the core, can automatically plete the power supply line parameter determination, calculation and display. This article describes in detail the parameters of the measuring principle of electricity, a hardware system design and software system design, and focuses on the measurement of power parameters of the design and implementation. Incremental method using the cumulative deviation of the software synchronization algorithm, the use of engineering numerical integration monly used algorithm, discretization of the continuous function to calculate the RMS signal to plete both sides of the transformer RMS voltage, RMS current, active power, reactive power, apparent power and system power consumption measurements. Button to choose this system, digital display, measurement and high precision, fast response, clear and intuitive interface.【KEYWORDS】SingleChip。使用偏差累積增量法對軟件同步算法進行改進，采用工程上常用的數(shù)值積分算法，將連續(xù)函數(shù)離散化來計算信號的有效值，完成對變壓器副邊電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率、視在功率及系統(tǒng)用電量的測量。本文主要介紹了一種基于C8051F020單片機的電力運行參數(shù)測量裝置，該裝置采用單片機作為測控核心，能夠自動完成電力供電線路的參數(shù)測定、運算和顯示。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。寧波大學本科畢業(yè)設計（論文） 編號： 　　　 本科畢業(yè)設計（論文）題目：（中文）電力運行參數(shù)測量裝置設計（英文）The Design of Power Parameters Measuring Device畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內容。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。本人授權　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日摘　要【摘要】當今，電能作為一種最重要的能源與我們的工作、生活有著密切的聯(lián)系，因此如何來計量它就具有重要的現(xiàn)實意義。本文詳細地介紹了電力參數(shù)的測量原理，進行了硬件系統(tǒng)的設計和軟件系統(tǒng)的設計，并重點介紹了電力參數(shù)的測量設計與實現(xiàn)。本系統(tǒng)采用按鍵選擇、數(shù)碼管顯示，測量精度高，反應速度快，界面清晰直觀。 Power Parameters。 Software Synchronization Algorithm。電網電壓、電流的過高或過低，都會影響到電器設備的正常使用和使用壽命。目前，我國主要使用的電能表有兩種：一種是感應式機械電能表：另一種是隨著電子工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的電子式電能表，它是利用電流和電壓作用于固態(tài)電子器件產生電能輸出量的電能計量儀表。 感應式機械電能表它是利用三個不同空間和相位的磁通建立起來的交變的移進磁場，在這個磁場的作用下，轉盤上產生了感應電流，根據(jù)楞次定律，這個感應電流使得轉盤總是朝著一個方向旋轉。具有制造