【正文】 ，具體的電路圖如圖 所示： T3T R A N S 11234D1B R I D G E 1 C 1 01 0 0 u fC 1 10 .0 1 u fV in1GND2V o u t3U27 8 L 0 5C 1 20 .0 1 u fR61kV C C12J3C O N 2 圖 電源模塊接線圖 圖 為電壓模塊的電路圖，該模塊以電網(wǎng) 220 交流電作為輸入，通過整流橋整流后，再經(jīng)過濾波，最后通過一塊 78L05 穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，得到一個穩(wěn)定的 5V電源， 78L05 的輸出電流可達(dá)到 100mA，無需外接元件，內(nèi)部本身帶有熱過載保護(hù) ， 內(nèi)部短路電流限制。 然后此 5V 的電壓就可以供給 STC89C52 和時鐘 芯片 DS1302。 AD7755 集成了二 階 ΣD 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 , 數(shù)字積分器，基準(zhǔn)電路，溫度傳感器，以及所有進(jìn)行 6 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計報告 有 功，無功和視在電能計量以及有效值計量所需的信號處理元件。 時鐘及 LCD 顯示模塊 本次設(shè)計中，該電表要實現(xiàn)分時計費，既必須引入時鐘系統(tǒng)，該時鐘系統(tǒng)必須準(zhǔn)確，且在電表短時間斷電之內(nèi)，不會停止工作，因此，該模塊采用了一塊時鐘芯片 DS1302，該芯片為一款使用很廣泛的時鐘芯片，具體電路圖如 圖 所示： 圖 DS1302接線圖 圖 DS1302 的連線圖，其中 SCLK 與單片機(jī) 口連接 ，RST 與單片機(jī) 口連接， IO 與單片機(jī) 口連接。 同時智能電表的顯示模塊選用 LCD 顯示，下圖為 LCD1602 顯示電路： 圖 LCD1602接線圖 通過該 LCD 液晶顯示器，顯示我們需要的一些信息。 8 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計報告 信號采集電路 模塊 本次設(shè)計為智能電表，所以要對用戶的電壓和電流都進(jìn)行采樣，再通過 AD7755 芯片來得到一個較為準(zhǔn)確的功率值并輸入單片機(jī)中，因此電壓電流的采集電路如圖 所示： 圖 信號采集電路 圖 為電流電壓采集電路，在電流采集電路中，通過將電流互感器TA32BM 串聯(lián)到用戶電路中，以采集用戶的電流信息， TA32BM 額定輸入輸出為 5A/,通過電流互感器將大電流 轉(zhuǎn)換到 AD7755 可以接受的小電流范圍內(nèi)，然后通過濾波降低信號的干擾，最終輸入芯片，在電壓采集電路中，通過將電壓互感器 TV31B02 并聯(lián)到用戶的負(fù)載上，采集用戶的電壓信息， TV31B02是一款電流型電壓互感器，額定電流是 2mA/2mA,所以要在電壓互感器的緣邊串聯(lián)一個 51K 的電阻 以 降低互感器原邊電流值到可承受的范圍，最后通過 RC電路濾波后，得到一個近似 AD7755 芯片，和前面的電流值一起，計算出用戶的 功率。因此，電壓互感器二次側(cè)嚴(yán)禁短路。如果二次側(cè)開路，二次電流的去磁作用消失，其一次電流完全變?yōu)閯畲烹娏?，會引起鐵芯內(nèi)磁通劇增，鐵芯處于高度飽和狀態(tài)，加之二次繞組的匝數(shù)很多，就會在二次繞組兩端產(chǎn)生很高 (甚至可達(dá)數(shù)千伏 )的電壓， 9 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計報告 不但可能損壞二次繞組的絕緣，再者 ，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度劇增，使鐵芯損耗增大，嚴(yán)重發(fā)熱，甚至燒壞絕緣 。 AD7755 介紹 AD7755是一種高準(zhǔn)確度電能測量集成電路，其技術(shù)指標(biāo)超過了 IEC1036準(zhǔn)確度的指標(biāo)要求。這使 AD7755在惡劣的環(huán)境下然能保持極高的準(zhǔn)確度和長期穩(wěn)定性。 內(nèi)部的空載伐值特性保證 AD7755在空載時沒有潛動。 兩個 ADC對來自電流和電壓傳感器的電壓信號進(jìn)行數(shù)字化 ,這兩個 ADC 都是 16二階模擬轉(zhuǎn)換器。 AD7755的模擬輸入結(jié)構(gòu)具有寬動態(tài)范圍，大大簡化了傳感器接口，也簡化了傳感器接口，電流通道中的 HPF 濾掉電流信號中的直流分量，從而消除了由于電壓或電流失調(diào)造成的有功功率計算上的誤差。為了等到有功功率分量，只要對瞬時功率信號 進(jìn)行低通濾波就行。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與 31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補償功能。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用 電源充電方式，提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 DS1302 用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄上，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，因此廣泛應(yīng)用于測量系統(tǒng)中。部分主要指令說明如下： 表 LCD1602指令碼 指令碼 功能 00111000 設(shè)置 16*2顯示， 5*7點陣， 8位數(shù)據(jù)接口 00001DCB D=1 開顯示； D=0關(guān)顯示 C=1顯示光標(biāo)； C=0不顯示光標(biāo) B=1光標(biāo)閃爍； B=0光標(biāo)不閃爍 000000NS N=1當(dāng)讀或?qū)懸粋€字符后地址加一，光標(biāo)加一 N=0當(dāng)讀或?qū)懸粋€字符后地址減一，光標(biāo)減一 S=1時 寫一個字符，整屏顯示左移（ N=1）或右移（ N=0），以得到屏幕移動光標(biāo)不移動的效果 S=0時 寫 一個字符，整屏顯示不移動 80H+地址碼 設(shè)置地址數(shù)據(jù)指針 01H 顯示清屏：所有指針清零，所有顯示清零 02H 顯示回車：數(shù)據(jù)指針清零 LCD1602 讀寫時序圖如圖 3. 所示： 12 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計報告 圖 LCD1602 寫時序圖 圖 LCD1602 讀時序圖 13 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計報告 4 軟件設(shè)計 本設(shè)計中，以 STC89C52 作為微處理器，采用 C 語言進(jìn)行編程，配合硬件電 路，共同構(gòu)成了本次設(shè)計的核心部分 。 DS1302 控制字節(jié)的最高有效位 (位 7)必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入 DS1302 中，位 6 如果為 0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取RAM 數(shù)據(jù) 。最低有效位 (位 0)如為 0 表示要進(jìn)行寫操作，為 1 表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位 0 位到高位 7。此外， DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā) 寄存器及與 RAM 相關(guān)的寄存器等。 DS1302 與 RAM 相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個 RAM單元，共 31 個，每個單元 組態(tài)為一個 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 C0H～ FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的 RAM 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM 的 31 個字節(jié)，命令控制字為 FEH(寫 )、FFH(讀 )。 本次設(shè)計的另一個重點就是 顯示 程序， 1602 的顯示程序同樣按照其讀寫時序圖完成，不同的是， 1602 的顯示，需要在主程序的開始寫一個初始化函數(shù)用以設(shè)定 1602 的顯示方式，光標(biāo)等等，在本次設(shè)計中，只涉及到 1602 的寫程序，寫數(shù)據(jù)時，同樣需要先寫入 地址，寫地址時，先將 RS,EN 置低，延遲后再將EN 拉高，賦予地址，最后將 EN 拉低，寫數(shù)據(jù)與讀不同之處在于要將 RS 拉高其余同寫地址時一樣 。 下面對涉及到的軟件作進(jìn)一步的介紹。 Proteus 軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它 EDA 工具一樣的原理布圖、 PCB 自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動的，針對微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源 代 碼的實時調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等。 KEIL 8051 開發(fā)工具 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。其程序流程圖如圖 所示： 圖 AD轉(zhuǎn)換子程序圖 打開 AD 電源 初始化 AD 轉(zhuǎn)換 停止轉(zhuǎn)換保存 轉(zhuǎn)換是否完成 否 是 是 打開電源 程序初始化 檢測信號 傳輸給 AD 轉(zhuǎn)換端口 關(guān)閉電源 否 是 17 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計報告 5 系統(tǒng)調(diào)試 隨著各種智能電表的應(yīng)用與普及，這一技術(shù)在科學(xué)研究，生產(chǎn)過程等領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。因此，對電路的精確調(diào)試是必不可少的一步，為保證設(shè)計的質(zhì)量，我們小組對本次設(shè)計中的軟硬件進(jìn)行了分塊調(diào)試。 圖 1602仿真圖 由于焊接的問題，首先需要檢測電路是否導(dǎo)通，連接是否通暢。 調(diào)試過程中，首先應(yīng)對電流、電壓互感器的輸出端信號進(jìn)行檢測，包括信號的大?。ㄊ欠穹?AD7755 所需信號）、波形是否符合要求，另外則應(yīng)注意檢查電流電壓互感器與 AD7755 的連接是否正確。其次，應(yīng)該注意檢查連線過程中的接觸問題，開始時沒有注意，結(jié)果發(fā)生了干擾，對于這一問題，就是將各個引腳的連線接牢。 在本次設(shè)計中，硬件部分的調(diào)試比較順利，軟件部分就相對較難。 在軟件的 調(diào)試過程中，出現(xiàn)了一些問題，由于程序較長，有好幾個全局變量比較混亂 ，我們對于程序的理解和把握還不是很熟悉。 6 系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù) 由于時間 、 條件 和我們自身知識上 的 限制 ， 我們設(shè)計的 智 能電表只是簡略 19 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計報告 的實現(xiàn)其功能，在實物的構(gòu)架中，利用一塊單片機(jī)開發(fā)板，并自己利用萬用板搭建了其他的外圍電路，因此該硬件總共分為三大部分：電源部分，采集部分，核心處理部分。主要實現(xiàn)以下功能： （ 1）用戶在 220V 電壓下所用功率的計算 。 （ 3）具有應(yīng)用 LED 實時顯示各時段費用及總費用功能。 采集電路部分，也是自己利用萬用板搭建，運用電壓互感器，電流互感器為核心，進(jìn)行變壓采樣，變壓后的電壓理想值為 ，由于 實際環(huán)境等影響，其電壓真實值為 ，但不會對功率計算造成太大的影響，電壓電流信號進(jìn) AD7755之后，即可由單片機(jī)進(jìn)行讀取，獲得有功功率，用于計算電價，在制作過程中， 可以測量電腦的負(fù)載功率，可以 用 15W 的燈泡作為用戶的負(fù)載 。 LCD 能隨著按鍵控制顯示被測功率，并能通過按鍵切換顯示 各時段的功率、費用。在生產(chǎn)生活中，本系統(tǒng)簡單明了為生活帶來 便利；在工業(yè)生產(chǎn)中，可以加以各種適當(dāng)變化，進(jìn)行電路參數(shù)的自動測量，如對電路負(fù)載的直流電壓、電流和功率自動測量顯示。如在電路系統(tǒng)中可以根據(jù)不同的負(fù)荷得到不同的電壓信號，再由電壓信號得到各種參數(shù)了解電路負(fù)荷的變化，以便實時檢測。綜上所述，該系統(tǒng)的設(shè)計和研究具在社會生產(chǎn)和生活中具有重要地位。當(dāng)被測電壓高于 25V 或電流高于 2A 時，數(shù)碼管將閃爍，作為超過量程的 報警功能。該系統(tǒng)的進(jìn)一步研究應(yīng)該從提高采樣精度和系統(tǒng)工作電壓的穩(wěn)定性出發(fā)，取得更精確的測量結(jié)果。 21 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計報告 總的來說， 這次設(shè)計給我?guī)砹撕艽蟮母杏| 。它將基本技能訓(xùn)練，基本工藝知識和創(chuàng)新啟蒙有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)我們的實踐能力和創(chuàng)新精神。 通過 三 個星期的學(xué)習(xí)，使我們對 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng) 的理論有了初步的了解。這些知識不僅在課堂上有效，對以后的電子工藝課的學(xué)習(xí)有很大的指導(dǎo)意義，在日常生活中更是有著現(xiàn)實意義；也對自己的動手能力是個很大的鍛煉。沒有足夠的動手能力，就奢談在未來的科研尤其是實驗研究中有所成就。比如做功率計組裝與調(diào)試時，好幾個焊盤的間距特別小，稍不留神，就焊在一起了，但是我還是 基本上 完成了任務(wù)。 。在實習(xí)中，我鍛煉了自己動手技巧，提高了自己解決問題的能力。 通過此次設(shè)計我又了解了幾種平時在書本上未成學(xué)到的芯片，并對其功能、參數(shù)等有了了解，這對以后的工作中有一定的幫助。 9 謝辭 本 次 設(shè)計 是 在老師 和兩位學(xué)長 的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成 的 ，從 課程設(shè)計 選 題 到具體的寫作過程，論文初稿與定稿無不凝聚著老師 和兩位學(xué)長 的心血和汗水，在我的 課程 設(shè)計期間， 通過 定時 的見面，老師 和兩位學(xué)長 對我 們 進(jìn)行了悉心的指導(dǎo)，對我設(shè)計中存在的問題和不足進(jìn)行了批評和指正，不厭棄煩的進(jìn)行講解，讓我受益匪淺，同時， 老師 和兩位學(xué)長 為我提供了種種專業(yè)知識上 22 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計報告 的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，老師 和兩位學(xué)長 一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度使我深受感動，沒有這樣的幫助和關(guān)懷和熏陶，我不會這么順利的完成課程 設(shè)計。 最后， 我還要感謝同組的各位同學(xué)以及我的各位室友，在 課程 設(shè)計的這段時間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝！