065 智能交流测量系统样本
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论文大概：
 
 

 

 

题目：智能交流测量系统

摘     要
如何准确快速地采集各个模拟量,一直是人们所关注的问题。根据采样信号的不同,采样方法可分为直流采样和交流采样。在电力系统中,交流电量的测量是智能系统中很重要的一部分,系统可根据采集的数据作出相应的判断和控制。本文在衡量直流采样和交流采样利弊的基础上,介绍了智能系统测量交流量的几种方法,给出典型电路,对目前常采用的几种交流采样算法分别进行了详细的论述,对其各自的优缺点进行了分析和比较。并对微机交流算法进行理论推导。
关键词
精密整流；有效值； 交流采样；均方根；傅氏算法

Abstract

Based on the comparison between DC sampling and AC sampling algorithm, the AC sampling algorithm common used was discussed with detail . At the same time, analyzes and compares their advantages and disadvantages with respect.
The text introduces the intelligence system’s measures of AC data, offers some model circuits, and infers microcomputer arithmetic in theory. The intelligence system’s measures of AC data

Keywords

Precision rectifying;Virtual value; AC sampling;root-mean square；
Fourier arithmetic

目  录
摘  要
Abstract
第一章  绪论
第二章 精密整流计算交流量平均值

第三章  直流采样分析
3.1 直流采样原理分析
3.2 直流采样元件功能分析
3.3 直流采样方法的缺点

第四章  微机交流计算方法
4.1 交流采样的算法
4.2交流傅氏算法

第五章 微机交流计算方法的应用
5.1 微机交流检测原理分析
5.2．A/D转换技术
5.3  A/D器件MAX197的应用。
5.4   电压互感器的基本原理及结构

第六章 程序设计。
6.1  程序功能
6.2  主要器件和变量的说明

结束语
参考文献
附录：主要源程序代码

 

 

第一章   绪论

数据采集是单片机的一个重要应用,同时他也是单片机和传感器的重要接口。在实际应用中,单片机的数据采集信号类型有以下几种：一种是模拟的电压信号和电流信号,另一种是数字信号,例如PWM信号和串行通信信号。一般的单片机通过A/D转换实现对外部电压信号的采集,利用电流/电压转换芯片和A/D转换实现对电流信号的检测,通过脉冲计数器和串行通信处理数字信号。
如何准确快速地采集各个模拟量,一直是人们所关注的问题。根据采样信号的不同,采样方法可分为直流采样和交流采样。
本文对直流采样与交流采样对比分析,并重点对目前常采用的几种交流采样算法分别进行了详细的论述,对其各自的优缺点进行了分析和比较。

第二章  精密整流计算交流量平均值

在对交流测量要求不高的场合,获得交流量的一个周波的平均值即可满足要求,这时可先对交流信号进行精密整流,对于整流后的直流信号,采用A/D变换器或V/F变换器进行计算。在程序中对测量值进行比例变换,即可获得测量的交流信号的平均值。目前测量交流电量,包括交流电压和交流电流等,首先应通过互感器进行隔离变换,既可消除被测信号对测量系统的干扰,也将信号转变到测量系统的测量范围之内。需注意的是,对于互感器变换后的交流信号应先放大,再进行整流,避免信号在整流电路中损失过大,影响测量精度。图1即为行之有效的测量交流电压的精密整流电路。
 

图1    精密整流电路

在图1中,电压互感器T1将原边交流电压变成小电流信号,通过电阻R2变换成小电压信号；经过运放D1:A跟随器后再通过运放D1:D将其信号放大,(R5+R3)/R3即为放大倍数；由于R8的阻值为R6的两倍,因此通过运放D1:C将交流信号再负向放大两倍,而通过二极管V1和V2可去除正半周波信号,则在点A处两倍的负半周波信号与未放大的完整周波叠加,效果即为将正周波翻至负周波；再经过运放D1:B即可获得两个连续的正向周波,整个电路效果如同将交流周波的负半周对称的翻至正半周；再经过RC滤波,即可在点B处获得较平滑的的直流信号,经过AD或VF器件处理,变成数字量供MCU处理。

第3章  直流采样分析
3.1 直流采样原理分析
直流采样,顾名思义,采样对象为直流信号。它是把交流电压、电流信号经过各种变送器转化为0～5V的直流电压,然后由Ａ/Ｄ转换器送入主机,此方法软件设计简单、计算方便,对采样值只需作一次比例变换,即可得到被测量的数值,具有采样周期短的优点。因此,在监控系统发展初期,这一方法得到了广泛的应用。
下面以一直流检测系统为例说明直流采样的应用。系统有4个输入通道,其中通道4可以输入需检测的交流电压信号,按1/21分压后送交流/直流变换器AD536把交流电压转换成与其有效值等效的直流电压,经AD7506送AD574,计算机就可按直流模拟量测试原理测出其等效直流电压。
 
分析其工作原理如下。

 

 

交流电压按1/21（根据检测电压幅值调整电阻给边分压值）分压后送交流/直流变换器AD536把交流电压转换成与其有效值等效的直流电压,经AD7501送AD574,计算机就可按直流模拟量测试原理测出其等效直流电压。如,直流模拟量输入范围为0V～160V,由于模数转换器AD574其输入电压设计为±10V,故各种被测输入首先需按比例分压至±10V以内,然后经模拟开关AD7501切换把需要测试的信号送至AD574输入端,由AD574把输入的模拟量变为数字量送单片计算机进行处理。由于AD574是12位模数转换器,所以仪器的测试精度较高。为保证测试精度,使分压后的电压接近A/D输入满量程,故根据不同的输入范围用不同的分压比。
    0-10V:  不分压。
10-15V: 1/2分压。
    15-30V: 1/4分压。
30-160V:1/21分压
3.2 直流采样元件功能分析
1）12位逐次逼近型快速A/D转换器AD574,其转换速度最大为35us,转换精度 0.05 ,是目前我国市场应用最广泛、价格适中的A/D转换器。
引脚功能及单片机的端口连接：
Vl  （引脚1）：数字逻辑部分电源+5V。
12/8（引脚2）：数据输出格式选择信号引脚。当12/8=1（+5V）时,双字节输出,即12条数据线同时有效输出,当12/8=0时,为单字节输出,即只有高8位或低4位有效。
CS(___)(引脚3)：  片选信号端,低电平有效。连接LS138的Y0端。
A0（引脚4）： 字节选择控制线。连接Q0(即P00经地址所存器74LS573后输出端Q0),在转换期间：A0=0,AD574A进行全12位转换,在读出期间：A0=0时,高8位数据有效；A0=1,低四位数据有效,中间4位为“0”,高4位为三态。因此当采用两次读出12位数据时,应遵循左对齐原则。
R/C(_)（引脚5）：读数据/转换控制信号,连接计算机WR(___)端。当R/C(_)=1,转换结果的数据允许被读取；当R/C(_)=0,则允许启动A/D转换。
CE（引脚6）：启动转换信号,高电平有效。可作为ADC启动或读数据的信号。直接接+5V电源。
+VS、-VS（引脚7、11）模拟部分供电的正电源和负电源,为±15V。
REFout（8）：10V内部参考电压输出端。
REF-IN（10）：内部解码网络所需参考电压输入端。接电位器B2调增益。
BPLRof（12）：补偿调整,接至正负可调的分压网络,以调整ADC输出的零点。接电位器B21（多圈及低温系数金属陶瓷电位器）对AD574A调零点。
10Vin、20Vin（13、14）：模拟量10V及20V量程的输入端口,信号的一端接至AG引脚。在本系统中14脚连接信号输入端口。
DG（15）：数字地
AG（引脚9）模拟地
DB0～DB11（16～27）：数字量输出。
STS(28)：输出状态信号引脚。转换开始时,STS达到高电平,转换过程中保持高电平。转换完成是返回到低电平。STS可作为状态信息被CPU查询,也可以用它的下降沿向CPU发中断申请,通知A/D转换已完成,CPU可以读取转换结果。在本系统中STS连接中断INT0口。
注：只有在CE=1和CS(___)=0时才启动转换,在启动信号有效前；R/C(_)必须为低电平,否则将产生读取数据的操作。
 
2) 模拟开关AD7501
AD7501是单片集成的COMS8选1多路模拟开关,每次只选中8个输入端中一路与公共端接通,选通通道是根据输入电址编码而得,所有数字量输入均可用TTL/DTL或CMOS电平。S1～S8:模拟输入口；
EN：为使能端,高电平有效,接+5V电压；
A0～A2:选通端,经地址锁存器U9的Q0、Q1、Q2连到单片机的P00、P01、P02口。（U9上升沿锁存,受1Y4和WR(___)共同控制,其地址为：）。
VDD、VSS：电源电压输入,接±15V电压。
GND：接模拟地。
3) 交流/直流变换器AD536：能把输入的交流信号转换成有效值相等的直流信号输出,其线路连接见原理图。
4）分压电阻：选用功率为0.25W,精度为0.1 的精密电阻。
3.3  直流采样方法的缺点：
直流采样方法存在着以下一些不足：（1）具有较大的时间延迟,难以及时反应被测量的突变,为了提高响应速度,变送器的时间常数必须特殊设计,因而不宜普遍使用；（2）变送器测量谐波有误差；（3）监控系统的测量精度直接受变送器的精确度和稳定性的影响。

 

第4章  微机交流计算方法

在微机应用初期,交流采样普遍采用精密整流进行计算。此方法软件设计简单,计算方便,对采样值只需做比例变换即可得到被测量的数值。但该方法存在一些问题：测量精确度直接受整流电路的影响；测量结果虽可反映交流信号的平均值,但当波形发生畸变时,不能准确地反映交流信号的有效值及整个波形状况。
交流采样是按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样,再用一定的数值算法求得被测量的值。交流采样法主要取决于两个因素：测量精度和测量速度。交流采样相当于用一条阶梯曲线代替一条光滑的正弦曲线,其原理性误差主要有两项：一项是用时间上的离散数据近似代替时间上的连续数据所产生的误差,这主要取决于A/D的转换速度和CPU的处理速度；另一项是将连续的电压和电流进行量化而产生的量化误差,这主要取决于A/D转换器的位数。随着电子技术的飞速发展,如今的微机、单片机的处理速率大大提高,同时也出现了种类繁多而且性能价格比很好的A/D转换器,为交流采样奠定了坚实的基础。

 

 

图2    交流采样电路图