多功能电量测试仪的设计 - 副本
电量测量仪表的设计与实现本科毕业设计
电量测量仪表的设计与实现本科毕业设计Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#电量测量仪表的设计与实现摘要随着电力系统的快速发展,电网容量不断增大,结构日趋复杂,电力系统中实时监控,调度的自动化显得尤为重要,而电力参数的数据采集又是实现自动化的重要环节,如何快速准确地采集系统中各元件的电参数(电压,电流, 功率,功率因数等)是实现电力系统自动化的一个重要因素。
本文介绍了一种三相多功能电量测量系统设计方案。
该方案以AT89C51单片机为处理器，利用多功能芯片ADE7878对交流信号采样和计算，可实时测量并显示三相电压、三相电流、功率及功率因数，具体描述了ADE7878芯片的性能和内部工作原理，着重介绍了系统的软件设计。
关键词：单片机电量测量 ADE7878DESIGN AND IMPLEMENTATION OF ELECTRICITY MEASURING INSTRUMENTSAbstractWith the rapid development of power system, power grid capacity is increasing, and the structure is becoming more complex, real-time monitoring and scheduling of power system automation is particularly important, and the date acquisition of power parameters is an important part of automated, how to quickly and accurately capture the electrical parameters (voltage, current, power, power factor, etc) of various components of the system is an important factor for power system automation.This article describes the design of a multifunctional three-phase power measurement system. the program use the AT89C52 microcontroller as the processor, and use the multi-functional chip ADE7878 to sampling and calculation the AC signal, it can real-time measurement and display the three-phase voltage, three-phase current, power and power factor. Specifically describes the performance and the internal working principle ofADE7878 chip, focuses on the software design of the system.KEY WORDS microcontroller measurement of electricity ADE7878目录1 绪论背景及意义随着中国的社会用电量迅速增长，全国特高压电网建设，百万千瓦级发电机并网，家居网络化进程，以及电网经营管理改进和计量新技术应用等要素，电能表市场发展迅猛，中国目前已成为世界电能计量行业最具有活力的市场。
电能测量仪设计
电能测量仪设计Abstract: This paper presents the design and development of an electric energy measurement instrument. The instrumentis designed to measure a variety of electrical quantitiessuch as voltage, current, power, energy, and harmonic distortion. The instrument is designed to be highly accurate, reliable, and user-friendly. The instrument uses moderndigital signal processing techniques to perform real-time measurements and provide accurate and reliable data. The instrument is also designed to be compact, lightweight, and portable, making it suitable for use in a variety of environments. The paper describes the design, development,and testing of the instrument, and provides performanceresults that demonstrate its effectiveness.Introduction:Electric energy measurement is an important aspect of modern electrical systems. Accurate measurement of electrical parameters such as voltage, current, power, energy, and harmonic distortion is essential for monitoring system performance, identifying problems, and ensuring efficient operation. Electric energy measurement instruments are usedin a variety of applications, including power generation, transmission, distribution, and consumption. In this paper,we present the design and development of an electric energy measurement instrument.Design:The electric energy measurement instrument is designedto measure a variety of electrical quantities such as voltage,current, power, energy, and harmonic distortion. The instrument is designed to be highly accurate, reliable, and user-friendly. The instrument uses modern digital signal processing techniques to perform real-time measurements and provide accurate and reliable data. The instrument is also designed to be compact, lightweight, and portable, making it suitable for use in a variety of environments.The instrument consists of several components, including a voltage sensor, a current sensor, a signal conditioning circuit, an analog-to-digital converter, a microprocessor unit, and a display. The voltage sensor measures the voltage of the electrical signal, while the current sensor measures the current flowing through the system. The signal conditioning circuit amplifies and filters the signals, while the analog-to-digital converter converts the analog signals into digital signals. The microprocessor unit processes the digital signals and calculates the various electrical parameters, while the display shows the results.Development:The instrument was developed using modern design techniques, including computer-aided design (CAD), circuit simulation, and prototyping. The voltage sensor and current sensor were designed using magnetic field sensors, which provide high accuracy and low noise. The signal conditioning circuit was designed using high-gain operational amplifiers and filtering circuits, which provide high accuracy and stability. The analog-to-digital converter was selected to provide high resolution and fast conversion speed. The microprocessor unit was programmed using modern programming languages and algorithms, which provide high accuracy andreal-time processing.Testing:The instrument was tested using a variety of electrical signals, including sinusoidal, non-sinusoidal, and distorted signals. The performance of the instrument was evaluated using various metrics such as accuracy, precision, linearity, and stability. The results of the testing showed that the instrument performed well, with high accuracy, precision, linearity, and stability. The instrument was also tested in various environmental conditions, including temperature, humidity, and vibration. The results of the environmental testing showed that the instrument was robust and reliable in a variety of environments.Conclusion:The electric energy measurement instrument presented in this paper is a highly accurate, reliable, and user-friendly instrument that can measure a variety of electricalquantities such as voltage, current, power, energy, and harmonic distortion. The instrument uses modern digital signal processing techniques to perform real-time measurements and provide accurate and reliable data. The instrument is also designed to be compact, lightweight, and portable, making it suitable for use in a variety of environments. The performance results of the instrument show that it is an effective tool for electric energy measurement. The instrument can be used in a variety of applications, including power generation, transmission, distribution, and consumption.。
050174 电池测试仪的设计与制作(系统结构设计).
电池测试仪的设计与制作（系统结构设计）
1.课程案例基本信息
2.课程案例
本设计方案框图最终采用如下图所示的结构。
该系统主要由C8051F500单片机控制、信号采集调理放大电路、激励信号源、PSD电路、DC-DC电源及充电管理等模块组成。
其中C8051F500芯片的P1端口部分引脚为数模转换的引脚。
我们之所以选择这一款单片机是因为以下几点：1.它内部有12位多路A/D转换器，MSP430系列单片机由于只有两个通道的12位A/D转换，因此不能满足本设计的要求，12位ADC可以保证测量的精度，且本设计中内部电池充电电流，电池电压需要通过AD变换得到，在测外接电池的内阻时还需要额外的三路AD，因此需要多路AD的MCU实现本次设计；2.C8051F500的工作电压是5V，而MSP430系列单片机的工作电压是3.3V，如果选择后者，则电路上还需加入电平转换电路，将会使系统变得更为复杂，可靠性降低；
3.C8051F500是汽车级别的芯片，广泛应用于汽车电子，因此相比于其它单片机其性能较好。
C8051F500单片机是完全集成的混合信号片上系统型MCU，它有48个引脚，片内集成了一个12位、200ksps的ADC，由于其内部多路选择器的缘故，总共可以分配给35路A/D 采样的引脚。
此外它有5组并行I/O端口，P1口作为脉冲宽度调制(PWM)输出端口和A/D转换输入端口，P3口用作液晶的数据线。
XTAL1和XTAL2接晶体振荡器，二者之间并接一个十兆电阻，增强其抗干扰能力。
图1电池测量系统的总体结构。
工程电子检测仪器方案模板
工程电子检测仪器方案模板一、前言随着科技的不断进步和工业化生产的发展，工程电子检测仪器在工业生产中的地位愈发重要。
传统的手工测量方式已经无法满足精密、高效、自动化的检测需求。
因此，设计一款高性能的工程电子检测仪器成为迫切的需求。
本方案旨在设计一款小型、高精度、多功能的工程电子检测仪器，以满足不同行业领域的精密检测需求。
二、需求分析1. 小型化：随着工业生产的智能化发展，对仪器设备的小型化需求越来越迫切。
2. 高精度：工程电子检测仪器需要具备高精度的测量能力，以满足精密工程的检测需求。
3. 多功能：仪器应具备多种测量功能，例如电压、电流、温度、压力等参数的测量能力。
4. 数据处理：检测仪器需要配备数据处理功能，能够对测量数据进行处理和分析，输出相应的报告。
5. 自动化：仪器需要具备自动化控制能力，能够自动完成各项测量任务，提高工作效率。
6. 可靠性：仪器的稳定性和可靠性需得到保证，能够适应各种不同的工作环境。
三、方案设计1. 采用微处理器控制系统，实现仪器的自动化控制和数据处理功能。
2. 采用高精度的传感器模块，实现仪器的高精度测量功能，满足精密工程的检测需求。
3. 仪器具备多种测量功能，包括电压、电流、温度、压力等参数的测量功能，以满足不同行业领域的检测需求。
4. 仪器设计小巧，便于携带和操作，适用于各种不同的工作环境。
5. 仪器具备数据处理功能，能够对测量数据进行处理和分析，输出相应的报告。
6. 仪器采用可靠的电池供电系统，保证仪器在不同工作环境下的长时间使用。
7. 仪器配备人机界面，操作简单方便，能够快速完成各项测量任务。
8. 仪器具备网络通信功能，能够通过无线网络或有线网络与外部设备进行数据交互。
四、技术实施1. 微处理器选用高性能的ARM Cortex-M系列芯片，具有高性能、低功耗和丰富的外设接口。
2. 传感器模块采用高精度的传感器芯片，具有高灵敏度、高稳定性和高抗干扰能力。
3. 采用模拟电路和数字电路相结合的设计方案，实现仪器的高精度测量功能。
DFMEA - 副本
7
1
ZD3
短路 MCU无法检测按键，无法正 常工作 MCU无辅助电源，无法工作 7 2
开路
8
1
D1
短路 正常工作 8 1
开路
MCU无辅助电源，无法工作 Q16无限流电阻，易烧毁导 致MCU无辅助电源，无法工 作 MCU无法得到稳定辅助电 源，无法工作 ZD4无限流，烧毁，导致 MCU无辅助电源，无法工作 MCU无辅助电源，无法工作 Q7 C,E间电压过高，易烧 毁导致MCU无辅助电源，无 法工作 第8页/共51页
短路 元件分析 无法提供过充保护 8 1
开路
无法充电 ZD8无限流，烧毁导致无法 充电 正常工作
8
1
R111
短路 8 1
开路
8
1
R110
短路 无法充电 Q24，Q26 G,S间电压无稳 压保护，烧毁导致无法充 电 无法充电 8 1
开路
8
1
ZD8
短路
7
1
开路
无法充电
7
1
Q24
短路 无法提供过充保护 第10页/共51页 7 1
7
2
R41
短路 工作正常，自耗电变大 第12页/共51页 8 1
潜在设计失效模式及
零件名称： 核心小组： 过程责任部门: 生产部/生计/QE:
process function
requirement R14，R15，Q6， R19，Q9，R25， R28
Design Failure Mode
开路
Effects Analysis
Severity (S)
7
Causes/Mechanism
Occurrence(O)
1
多功能电参量测量仪的系统设计
第２ ８卷 第 １期
２０ ０ ６年 ３月
湘潭 师范学院学报（ 自然科 学版） Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ｉ ｇａ ｏｍ ｌ ｎ ｅｓｙ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉ ｎ ｏ ｒａ ｏ ａ ｔｎＮ ｒ ａ Ｕ ｉ ｒｉ（ ａｕａ Ｓ ｉ ｃ ｄ ｉ ） Ｘ ｎ ｖ ｌ ｅ ｔ ｏ
则 Ｘ 后 的实部和虚部可分别表示 （）
Ｒ ［ 后 ］＝ ， Ｎ）一Ｙ Ｎ 一１ｃｓ２ ￣ Ｎ） ｅＸ（ ） ， （ （ ）ｏ（ｋ ／ ｒ
Ｉ［ （ ） ｍ Ｘ 后 ］＝Ｙ Ｎ一１ｓ （ｋ ／ ） （ ） ｎ２ ￣ Ｎ ｉ ｒ
（） １ ４
由于实现零点所要求 的与 一 作复乘运算 ， 在计算差分方程时不必每一步进行迭代操作 ， 而只要在 第 Ⅳ步作一次迭代 ， 所以我们计算和存储的系数只有 ｓ （ｋ ／ ） ｃｓ２ ￣ Ｎ） ｉ ２ ￣ Ｎ 和 ｏ（ｋ ／ 。 ｎ ｒ ｒ 根据上述算法 ， 有了同步采样 的 （ ） ｉｎ 和频率 后 利用上述连续 的多个相同的 Ｉ ｎ 、（ ） ， Ｉ Ｒ滤波器 ， 在完 成第 Ⅳ步迭代运算后 ， 而迭代运算都是在两个采样点之间的时间间隔中进行 ， 从而就可 以得到 Ｕ ｜ 、 （） ］ ｝ ， 的实部和虚部 ， （ ） 计算出电压 、 电流以及有功谐波功率和无功谐波功率。
摘
要 ： 了谐波功率测量的数字信号处理算 法 以 一种基 于 ＤＰ技术 的多功 能电参量 测量仪 的系统设 。采用 介绍 及 Ｓ
Ｄ Ｐ ＦＧ Ｓ 和 Ｐ Ａ及 Ａ Ｄ等集成电路构成系统实现 了电流和电压的平均值、 ／ 有功功率及功率因数等电力参数的测量及波形显
示。本 系统还可 以通过通 信模块进行远程测量和 数据传输 。 关键词 ： Ｓ ； Ｄ Ｐ 电参量测量 ；Ｐ Ａ ＦＧ 中国分类号 ： Ｍ ３ Ｔ ９５文章编号 ：６ １ ２１２ｏ ）ｌ ００ ３ １７ —０ ３ （ｏ ６ｏ 一０８ —０
毕业设计——智能电量检测仪设计
硬件电路结构图
模拟量输入部分
• 电压信号输入 • 电流信号输入
有源二阶带通滤波电路
采样保持电路部分
本设计采用LF398N 本设计采用
多路转换电路
本设计采用CD4051 本设计中需要对六个模拟量 （三相电压、三相电流）同时采样， 以准确获取每相电压、电流之间的 相位关系并使相位关系经过采样后 保持不变，就要对每个模拟量单独 设置一套电压/电流输入量电路、 模拟滤波电路和采样保持电路，然 后进入A/D转换电路。 在工作时，单片机给A、B、C端口 输入信号，由000~101循环，使6 路信号选择转换。
8031与AD574A接口电路
外部存储扩展DS1644
LCD液晶显示电路
单个独立键盘电路
①S1（上键）在测量 界面或主菜单中用于 前翻并决定要测量的 数据项目 S2 ②S2（下键）在测量 界面或主菜单中用于 后翻并决定要测量的 数据项目 ③S3（enter键）用于 退出系统 ④S4（reset键）用于 系统复位
通信部分
系 统 软 件 主 程 序 流 程 图
系 统 初 始 化 子 程 序 流 程 框 图
AD 采 样 子 程 序 流 程 框 图
键 盘 操 作 及 LCD 显 示 子 程 序 流 程 框 图
电 参 数 计 算 子 程 序 流 程 框 图
总结
一、本次毕业设计所作的工作： 1、查阅相关资料理解了智能电量检测仪的工作原 理。 2、设计了基于MCS-51单片机的电量检测装置。 本装置对三相交流电压电流信号进行采样，设计 了外围扩展和前端数据采集系统；键盘和液晶显 示，串行口通信等电路。 3、设计了个功能模块的软件流程框图，并介绍了 解决软硬件干扰影响的抗干扰措施。 二、本设计所设计的智能电量检测仪主要用于电压、 电流、功率因素、频率等交流电量参数的综合测 量。该仪器可一机多用，是计算机与数字控制理 论结合的产物，真正实现了电参数测量的智能化 控制。
实验十 多功能数字电表和万用表的设计(部分
12级电科专业《专业实验》安排表（2015下半年）说明：14周3（上课时间为第103每一时间段实验为4学时，下午上课时间：14:30-17:30每次实验上课前需认真预习相关实验内容并写好预习报告每位学生准备8张16开实验报告纸，8张32开原始记录纸。
讲义份数：导热系数？份,电源特性？份,声光电路？份。
所开设实验的房间管理由各位老师自己承担。
理学院物理实验室2015.09.06实验十多功能数字电表和万用表的设计数字电表以它显示直观、准确度高、分辨率强、功能完善、性能稳定、体积小易于携带等特点在科学研究、工业现场和生产生活中得到了广泛应用。
数字电表工作原理简单，完全可以让同学们理解并利用这一工具来设计对电流、电压、电阻、压力、温度等物理量的测量，从而提高大家的动手能力和解决问题能力。
【实验目的】1、了解数字电表的基本原理及常用双积分模数转换芯片外围参数的选取原则、电表的校准原则以及测量误差来源。
2、了解万用表的特性、组成和工作原理。
3、掌握分压、分流电路的原理以及设计对电压、电流和电阻的多量程测量。
4、了解交流电压、三极管和二极管相关参数的测量。
5、通过数字电表原理的学习，能够在传感器设计中灵活应用数字电表。
【实验仪器】1、DH6505数字电表原理及万用表设计实验仪。
2、四位半通用数字万用表。
（自备）3、示波器。
（自备）4、ZX25a电阻箱。
（自备）【实验原理】一、数字电表原理常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓模拟量，指针式仪表可以直接对模拟电压和电流进行显示。
而对数字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号，再进行显示和处理。
数字信号与模拟信号不同，其幅值大小是不连续的，就是说数字信号的大小只能是某些分立的数值，所以需要进行量化处理。
若最小量化单位为∆，则数字信号的大小是∆的整数倍，该整数可以用二进制码表示。
设∆=0.1mV ，我们把被测电压U 与∆比较，看U 是∆的多少倍，并把结果四舍五入取为整数N (二进制)。
电量测量仪表的设计与实现
ｍ ｎ ａｃｒｃ ａ ｅｃ ｅ ． ｆ ｒａｊｓ ｎ ．ｔ ａ ｅ ｔｈ ｅ ｕｒｍ ｎｓｏ ｐｗ ｒｍ ａｕｅ ｅ ｔｎｔｅ ｅ ｔ ｃｕａｙｈ ｓｒａｈ ｄ０ ５ ａ ｅ ｄｕｔ ｇ Ｉ ｃｎｍ ｅ ｔｅｒｑ ｉ ｅ ｔ ｆ ｏ ｅ ｅｓｒｍ ｎ ｉ ｈ ｔ ｉ ｅ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｅ ｉｎ ｓ ｈ ｍｅ ｏ ｈ ｅ — ｈ ｓ ｓ ｒ ｃ ： ｄ ｓｇ ｃ ｅ ｆｔ ｒ ｅ ｐ ａ ｅ ｍｕｈｉ ｎ ｔ ｎ ｐ ｗｅ ａ ｕ ｅ ｎ ｙ ｔｍ ｓ ｐ ｔｆ ｒ ｒ ａ ｅ ｆ ｃ ｉ ｏ ｒｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｓ ｓｅ ｗａ ｕ ｏ ｗａ ｄ ｂ ｓ ｄ ｕ ｏ ｏ ｕ ｐｕ ｎ Ｓ ｎ ｌ ｓ ＭＣＵ． ｔｓ ｍｐｅ ｎ ｅ ｌ ｔ ｈｅＡＣ ｓｇ ａｓｂ ｈ Ｉ ａ ｌｓａ ｄ ｄ ａｓｗｉ ｔ ｉ ｎ ｌ ｙ ｔ ｅ ＡＤＥ７ ５ Ｔ ｙ ｔｍ ａ ａ ｒ ｕ ｅ ｌ ｈ ７ ８． ｈｅｓ ｓｅ ｃ ｎ ｃ ｒｙ ｏ ｔｒ ａ — ｔｍｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｏ ｈ ｅ — ｈ ｓ ｏ ｔｇ ｔｒ ｅ ｐ ａ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ａ ｔｖ ｏ ｒ，ｅ ｃｉ ｅ ｐ ｗｅ ａ ｐ ｒ ｎ ｏ ｒ ｉ ａ ｕ ｅ ｎ ｆｔ ｒ ｅ ｐ ａ ｅ ｖ ｌａ ｅ，ｈ ｅ — ｈ ｓ ｕ ｒ ｎ ， ｃｉ ｅ ｐ ｗｅ ｒ ａ ｔｖ ｏ ｒ， ｐ ａ ｅ ｔｐ ｗｅ
ａ ｄ ｅｅ ｔ ｃｔ ｎ ｌ ｃｒ ｉ ｉ ｙ，ａ ｄ ｏｈｅ ａ ａ ｔｒ ． ｅ ｎ ｎ ｔ ｒｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ Ｍ ａ ｗｈｉ ｔｈ ｓ ｔ ｕ ｃｉｎ ｆ ｒｔ ｔｒ ｇ ｆｅｅ ｔ ｃｔ ｌ ｉ ａ ｈｅｆ ｎ ｔｏ ｏ ｈｅ ｓｏａ ｅ ｏ ｌ ｃｒ ｉ ｅ ｉ ｙ，ｔ ｅ ｐ ｃ ｈ ｒ ｅ ｉ
Ｚ Ｅ Ｇ Ａ —ｉ Ｚ Ａ Ｇ Ｈ ｎ — ｅ ， ＨＡ ｏ ｇ ｉ Ｈ Ｎ ｎｐｎ ， Ｈ Ｎ ｏ ｇｗ ｌ ｇ 。 Ｎ Ｓ ｎ －ｅ ｊ
电测新维度：多功能数字多用表的设计原理
电测新维度：多功能数字多用表的设计原理随着科技的不断进步，电测技术也迎来了新的发展。
多功能数字多用表作为一种重要的电测工具，已经成为电子领域中不可或缺的设备。
本文将介绍多功能数字多用表的设计原理，并探讨其在电测领域中的应用。
一、引言多功能数字多用表是一种集电流、电压、电阻、电感、电容等多种测量功能于一体的仪器。
其设计原理基于电测技术的基本原理，并在此基础上进行了优化和创新，实现了多种测量功能的集成。
二、多功能数字多用表的基本结构多功能数字多用表由测量部分和显示部分组成。
测量部分包括测量电路和开关电路，用于实现各种测量功能；显示部分则采用数字显示技术，将测量结果以数字形式展示出来。
1. 测量电路多功能数字多用表的测量电路包括电流测量电路、电压测量电路、电阻测量电路等。
这些电路利用电子元件的特性进行电测，并将测量结果传递到显示部分。
2. 开关电路开关电路用于选择不同的测量功能。
通过操作开关，用户可以选择需要进行的测量类型，并切换到相应的测量电路，以实现不同功能的测量。
3. 数字显示技术多功能数字多用表采用数字显示技术，将测量结果以数字形式显示在仪器的显示屏上。
数字显示技术具有显示准确、清晰可见等特点，方便用户读取测量结果。
三、多功能数字多用表的工作原理多功能数字多用表的工作原理是基于电测原理的。
当测量电路接通时，仪器会受到待测电压、电流或电阻的影响，进而产生相应的电信号。
通过对这些电信号进行放大、滤波、数字化等处理，最终得到准确的测量结果，并在显示屏上显示出来。
1. 信号放大测量电路会将待测电压、电流或电阻的微弱信号进行放大，以增加测量的准确性和灵敏度。
2. 信号滤波由于待测电压、电流或电阻受到环境噪声等因素的干扰，测量电路会采取滤波措施，去除这些干扰信号，确保测量结果的准确性。
3. 数字化处理测量电路将放大、滤波后的信号经过模数转换器转换为数字信号，使其可以被数字显示技术所接受并显示在显示屏上。
四、多功能数字多用表的应用多功能数字多用表在电测领域中有广泛的应用。
智能多功能电量测试仪的设计
（ ７ ）
式 （） ７ 为函数 ｔ在区间［ ， ］ ） ０ Ｔ 上复化梯形数值求积公式。 在采样计算式测量技术中 ， 复化矩形数值求积公式 、 复化梯形数值求积公 式是计算被测量 的最基本的公 式， 是采样测量技术的理论基础 。
２ ２ 有 功功 率 采样 测量 的算 法及 误差 ．
ｆ ￡ ｔ ）＝ ｄ
将 ｔ 一 ｎ … ｔ＝ 代人上式， 则有
＋】
￡ ＋ ）。 。 ］ ）
（） ５
（） ６
Ｉ ￡ ｔ ［ ＋ …）。 ） 一 ￡ ￡ ］ ｄ ）
把式（ ） ６ 代人式（ ） １ 可得
＝
Ｊ ｄ ｌ｜ ｔ＋ ｔ ］ ｃ 南 ｉ ｆｉ ， ） ｎ ） （１ － ， ）
作者简介 ： 白雪皎（ ９７一） 女 ， １７ ， 吉林省长春市人 ， 长春 大学 电子信息 工程 学院助教 ， 硕士生 ， 主要从事大 规模集 成 电路设 计与
应用方面的研究。
维普资讯
第 ４期
白雪皎 ： 能多功 能电量测试 仪的设 计 智
４ ５
抗 干扰 能力强 等优 点 。
１ 总体方案概 述
多功能电量测试仪采用采样式 的测量技术， 从而很方便地实现多参量测量 ， 且硬件电路得到了简化 。多
功 能 电量测试 仪 的整机 框 图如 图如 １ 示 。 所
模拟部分与数字部分使用光电离合器隔离， 以提高仪器 的抗干扰能力 ， 同时， 也使仪器接 口输 出部分与
Ｐ ￡ｄ 。 ）￡ （） ９
有功功率测量过程 中的采样 方法与 电压 、 电流测量过程 中的采样方法 一致 。电压 、 电流 的瞬 时值 （ ） ｔ、
（ ） ｉ ０ １ …， ） ｔ （ ＝ ，， ｎ 被同时采样 ， Ａ Ｄ转换后存于 内存 ， 并 ／ 瞬时功率值 由 （ ） ｉ ｔ 瞬时值乘法计算得 ｔ 与 （） 到。由有功功率的定义式 （ ） ９ 和复化矩形数值求积公式 （ ） ４ 可得
多功能剩余电量检测仪设计及产品化
多功能剩余电量检测仪设计及产品化随着科技进步，蓄电池广泛运用于生活与生产当中，已成为当今社会必不可少的一部分。
为达到快速检测的效果，文章设计了蓄电池容量检测系统，提出了恒流放电一端电压测量法，对蓄电池的剩余容量及性能进行检测。
标签：蓄电池；容量；电子负载；恒流放电1 概述电池是在不同类型的电池的世界上最大的生产中，最广泛使用的电池的数量，电池的性能将直接关系到电气设备的正常运行。
电池独立：运用恰当的货物放电电流继续设置较高的放电电流连续电流，需要一定的时间，电压U的值后测得的电池，由计算剩余容量和存储容量SOC之间的通信微控制器蓄电池端电压U。
电池电流模型电流的SOC的电池电压U直接连接到电池容量曲线的端电压。
开始时刻电池拆卸，当电池负载电流保持恒定迅速进入从状态开路电压的负载电压的状态下，以类似的SOC的变化的SOC的开路的电压之间的电池端电压差。
2 系统硬件设计2.1 系统结构单片机控制系统为核心，低功耗高性能的处理器模块的显示系统的结构。
包括核心模块，电源模块，转换器，模拟到数字转换模块，数据处理模块，液晶显示模块部模块加载。
下面分别介绍。
（1）单片机：是整个系统的控制和数据处理中心，完成采集到的电压与剩余电量SOC的关系转换。
（2）模数转换模块：A/D转换电路的作用主要是把采集到的蓄电池电压信号和电子负载电路电流信号转换成数字信号送到单片机，完成模拟信号和数字信号的转换。
（3）恒定电流负载模块：利用电子技术实现恒负载放电，主要用于测量电池的时间很短，并要求以处理大的放电电流。
（4）键模块：改变电池的放电电流恒定的大小，并可以削减电池的负载电路，抗过放电后的最终过开始前测试和测试。
（5）显示模块：检测到的电压和电流SOC立即显示在LCD屏幕上。
（6）电路报警：当电池是非常低的检测到报警。
（7）主要测量的电池12伏铅酸电池。
总结：首先，按照与参考电压输入负载的电子调节的实际大小设置，然后控制电池的放电电流由该按钮的大小确定为设定放电电流值，通过D/A转换器的微控制器。
电力系统中多功能电力仪表的设计
第３９卷㊀第５期ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＵＣＨＡＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＶｏｌ.３９.Ｎｏ.５Ｓｅｐ.２０２０㊀㊀２０２０年９月许昌学院学报文章编号:１６７１９８２４(２０２０)０５０１１９０４电力系统中多功能电力仪表的设计罗书克１ꎬ邢国忠２(１.许昌学院电气与机械工程学院ꎬ河南许昌４６１０００ꎻ２.许昌广播电视台ꎬ河南许昌４６１０００)㊀㊀摘㊀要:针对电力系统中广泛应用的交流电力采集仪表存在的采集精度不高ꎬ采集范围不宽ꎬ受环境影响比较大等问题.设计出了一种采集变比可以任意设定ꎬ具有温度补偿功能的宽范围电力采集仪表.经试验验证得到ꎬ该仪表具有采集范围宽ꎬ适应环境能力强ꎬ采集精度高等特点ꎬ可以广泛应用在各种场合.关键词:电力仪表ꎻ变比设定ꎻ温度补偿ꎻ高精度中图分类号:ＴＭ９２１㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀多功能电力仪表是一种用来测量电力系统中的电压㊁电流㊁频率㊁相位㊁有功功率㊁无功功率及有功和无功电能的综合计量装置.随着智能电网的发展ꎬ电力系统对其设备的要求也越来越高ꎬ其智能性㊁适应性等都比原来提高了一个等级ꎬ而目前市场上应用的多功能电力仪表智能性低ꎬ适应性差ꎬ存在测量精度低ꎬ量程范围小等问题ꎬ特别是随着环境温度的变化ꎬ其测量准确性存在较大误差[１].针对现有多功能电力仪表的问题ꎬ设计出了一种测量精度高ꎬ量程范围宽㊁带补偿的自适应多功能电力仪表[２].１㊀硬件设计硬件设计是电力仪表测量过程中提高其抗干扰性㊁稳定性的关键ꎬ也是实现宽范围测量㊁提高测量精度的基础.硬件设计主要包括测量电路㊁主电路㊁开入开出电路㊁人机接口电路等部分.１.１㊀测量电路测量电路包括电流测量和电压测量两部分ꎬ由于所采样的信号性质和幅值不同ꎬ就决定其采样电路的差别.具体测量采样电路如图１所示.(ａ)电流采样电路㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ｂ)电压采样电路图１㊀采样电路图电流采样电路中ꎬ分为两种情况ꎬ一种是测量小于５Ａ电流信号ꎬ另一种是测量大于５Ａ的电流信号.对于测量小于５Ａ的电流信号ꎬ采样电路可以直接通过ＩＡ㊁ＩＡ∗串入被测电路中进行信号采集ꎻ对于测量大于５Ａ的电流信号ꎬ则外部必须通过互感器进行电流变换ꎬ互感器的副边再接入ＩＡ㊁ＩＡ∗进行二次测量.图中ꎬ为了提高采样精度ꎬ对于电压采样的内部ＰＴ也是采用了电流ＰＴꎬ因此ꎬ对于电压采样电路ꎬ必须通收稿日期:２０１９１２０６作者简介:罗书克(１９７６—)ꎬ男ꎬ河南禹州人ꎬ副教授ꎬ研究方向:电力电子与电力传动.过串入电阻把电压信号转换为电流信号进行采集.电路中ꎬ电流ＰＴ㊀Ｔ１㊁Ｔ２的副边电流最大为２ｍＡꎬ通过电阻Ｒ１－Ｒ４转换后的输出电压最大不能超过３Ｖ１.２㊀主电路㊀㊀图２㊀主电路电路图电流㊁电压信号采集转换结束后得到的Ｉａ㊁Ｉ∗ａ和Ｕａ㊁Ｕ∗ａ信号送入测量主控芯片中ꎬ本设计采用的测量主控芯片是ＲＮ８０３２ꎬＣＰＵ芯片采用意法半导体的ＳＴＭ８Ｓ２０７ꎬ其电路图如图２所示.测量主控芯片ＲＮ８０３２在对信号进行采集转换过程中会受温度变化而影响转换精度ꎬ温度每变化一度其基准电压有５ｐｐｍ的变化ꎬ造成了仪表在使用过程中受温度变化而显示不准的问题[３].为解决温度变化影响问题ꎬ在控制电路中加入温度采集电路ꎬ以环境温度２５ħ为基准ꎬ如果实际环境温度偏离了２５ħꎬ环境温度每升高或下降１ħꎬ在采集得到的数据基础上增加或减少由于基准电压５ｐｐｍ的变化而引起转换误差的数值ꎬ补偿由于温度变化造成的数据采集影响ꎬ从而提高多功能仪表的显示精度.１.３㊀开入开出电路开入开出电路主要是用来采集电力系统中各种断路器㊁隔离开关等装置的状态信息ꎬ并对采集到各种电量信息是否超出上下限阈值ꎬ如果超出阈值ꎬ不但在仪表上显示出报警信息ꎬ同时也对外部送出一个开出信号ꎬ用于给外部监控中心提出警示作用.其开入开出电路图如下图３所示.(ａ)开入电路㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ｂ)开出电路图３㊀开入开出电路图１.４㊀人机接口电路㊀㊀图４㊀人机接口电路人机接口电路主要用来进行仪表信息的初始化并对测量的各种信息进行观测.仪表信息初始化包括采样互感器变比的设置㊁接线方式的设置ꎬ接线方式可以设置为三相三线或者是三相四线方式.其原理图如图４所示.各种初始化信息可以通过图中按键进行设置ꎬ设置结果可以保存在铁电存储器ＦＭ２０Ｌ０８中ꎬ防止掉电丢失信息.系统采集的各种电量信息通过断码液晶进行显示ꎬ而段码液晶显示时需要通过ＨＴ１６２１进行驱动.同时对于计量信息比如有功电能和无功电能则被保存在铁电存储器中ꎬ因为这个信息是不允许掉电丢失的.２㊀软件设计软件设计是整个系统运行的核心ꎬ软件部分包括运行主程序和按键中断处理程序㊁通信中断处理程序㊁定时中断处理程序和校验处理程序等几部分.其中最重要的是主程序㊁按键中断处理程序.０２１许昌学院学报２０２０年９月２.１㊀主程序主程序流程图如图５所示.图中在采集完电力系统信息数据后ꎬ对环境温度信息进行采集ꎬ如果当环境温度不在２１~２５ħ度范围内ꎬ则按照３ｐｐｍ/ħ进行对采集的数据进行补偿ꎬ以提高采集精度.当电能计量每变化０.０１度时ꎬ系统就要对电能计量信息进行保存ꎬ做到电能信息的实时更新ꎬ同时对掉电进行检测ꎬ当出现掉电时还会对电能信息进行保存ꎬ防止丢失数据[４ꎬ５].２.２㊀按键中断程序按键中断程序主要是用来设置系统的各种参数ꎬ主要包括接线形式㊁外部接线电压等级㊁互感器变比㊁显示模式㊁通信参数和校表参数等.校表参数设置主要是用来对仪表的准确度进行校验ꎬ便于批量生产制造.其流程图如图６所示.图５㊀主程序流程图㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图６㊀按键中断流程图３㊀实验结果按照上述方法打样出来几套实物产品进行试验ꎬ模拟了高低温等情况下的数据采集准确性ꎬ信号源采用的华星标准信号源ꎬ其结果如表１㊁２㊁３㊁４所示.从实验结果可以看出ꎬ在环境温度变化情况下ꎬ其测量仪表的采集精度还是非常高的ꎬ同时我们也采集了环境温度变低时(－３ħ)ꎬ其数据采集精度仍然非常高.此外ꎬ我们也采集了功率㊁功率因数和相位等参数ꎬ其精度和电压电流的精度一样高.表１㊀环境温度为２３ħ时的电压采集结果标准信号源输出值/Ｖ实际显示结果/Ｖ１６５.１１６５.０１７６.８１７６.７１９１.１１９１.０２００.１２００.１２６０.３２６０.２表２㊀环境温度为２３ħ时的电流采集结果标准信号源输出值/Ａ实际显示结果/Ａ１.１０１.０９２.９８２.９８３.６３３.６３４.３２４.３２４.９７４.９７１２１第３９卷第５期罗书克ꎬ等:电力系统中多功能电力仪表的设计表３㊀环境温度为４０ħ的电压采集结果标准信号源输出值/Ｖ实际显示结果/Ｖ１６５.０１６５.１１７６.７１７６.８１９１.０１９１.１２００.０２００.１２６０.４２６０.５表４㊀环境温度为４０ħ的电流采集结果标准信号源输出值/Ａ实际显示结果/Ａ１.１０１.１０２.９６２.９７３.５８３.５９４.１３４.１４４.９６４.９７４㊀结语从实验结果可以看出ꎬ达到了设计目的ꎬ由于加入了变比的设定和环境温度补偿等功能ꎬ使该多功能电表具有测量范围宽㊁测量精度高㊁适应性强等特点ꎬ可以广泛应用在不同场合的交流电采集系统中.参考文献:[１]鞠㊀磊.低压测量与保护设备中的误差分析[Ｄ].上海:上海交通大学ꎬ２０１５.[２]周思林ꎬ殷旭东.基于Ｍｏｄｂｕｓ的多功能网络电力仪表的设计[Ｊ].仪表技术与传感器ꎬ２０１２(１１):６４６６. [３]李锦斌ꎬ陈㊀冲ꎬ陈明凯.电力参数自动检测与远程传输系统[Ｊ].福州大学学报(自然科学版)ꎬ２００４ꎬ３２(６):６９８７０１. [４]温㊀和ꎬ滕召胜ꎬ王㊀永ꎬ等.改进加窗插值ＦＦＴ动态谐波分析算法及应用[Ｊ].电工技术学报ꎬ２０１２ꎬ２７(１２):２７０２７７. [５]牛胜锁ꎬ梁志瑞ꎬ张建华ꎬ等.基于三线谱线插值ＦＦＴ的电力谐波分析算法[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２０１２ꎬ３２(１６):１３０１３６.ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＭｕｌｔｉ￣ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＰｏｗｅｒＭｅｔｅｒｉｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＬＵＯＳｈｕｋｅ１ꎬＸＩＮＧＧｕｏｚｈｏｎｇ２(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＭｅｄｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＸｕｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＸｕｃｈａｎｇ４６１０００ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＸｕｃｈａｎｇＲｏｄｉｏ＆ＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎＳｔａｔｉｏｎꎬＸｕｃｈａｎｇ４６１０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎＡＣｐｏｗｅｒａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｍｅｔｅｒｉｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍꎬｓｕｃｈａｓｌｏｗａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙꎬｎａｒｒｏｗａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｒａｎｇｅａｎｄｌａｒｇｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｍｐａｃｔꎬｔｈｅｐｏｗｅｒａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｍｅｔｅｒｗｉｔｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｖａｒｉａｂｌｅｒａｔｉｏｓｅｔｔｉｎｇａｎｄａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｗｉｄｅｒａｎｇｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｅｒｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｗｉｄｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｒａｎｇｅꎬｓｔｒｏｎｇａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｔｏｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬａｎｄｈｉｇｈａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙꎬｔｈｕｓｉｔｃａｎｂｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｖａｒｉｏｕｓｏｃｃａｓｉｏｎｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐｏｗｅｒｍｅｔｅｒꎻｖａｒｉａｂｌｅｒａｔｉｏｓｅｔｔｉｎｇꎻｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎꎻｈｉｇｈ￣ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ责任编辑:赵秋雨２２１许昌学院学报２０２０年９月。
一种全电量多功能测试仪表
专利名称：一种全电量多功能测试仪表专利类型：实用新型专利
发明人：徐楠,张齐,杨晶,咸鹏,丁磊,郑开明申请号：CN202121805312.1
申请日：20210804
公开号：CN215641467U
公开日：
20220125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种全电量多功能测试仪表，包括仪表壳体和设于仪表壳体前端部的显示屏，所述仪表壳体上下端部分别设有第一方孔和第二方孔，所述第一方孔和第二方孔内分别活动连接有第一活动板和第二活动板，所述仪表壳体后端面中部设有插孔，所述插孔内设有固定轴，所述固定轴后端部通过轴承连接有齿轮，所述齿轮后端部通过键连接有活动轴，所述活动轴后端部设有调节块，所述调节块上下端部对称设有限位块，所述活动轴上活动套接有复位弹簧。
本实用新型既能够起到对正极测试棒和负极测试棒存储的效果，提高了测试仪表的功能性，又可以起到节约测试仪表电量的效果，防止漏电，节约了资源消耗，提高资源利用率。
申请人：宿迁电力设计院有限公司
地址：223800 江苏省宿迁市湖滨新区数据中心1号楼1157室
国籍：CN
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050173 电池测试仪的设计与制作(方案设计)
电池测试仪的设计与制作（方案设计）
1.课程案例基本信息
2.课程案例
方案一
采用直流放电法实现电池内阻和电压的测量及显示，该方案设计的电路实现较为简单，操作简易，即使在注入电流比较小的情况下，响应也不会太微弱，不易被噪声干扰或淹没，但其测量瞬间电流约有几十安培，发热十分可观，如此的大电流检测对电池有一定损伤而且测量精度不高，并且不易被设计成便携(手持)式仪表。
原理框图见图1。
方案二
采用交流注入法用一个交流信号激励源注入几十毫安的电流到电池内部，测出电池极柱上的响应电压，其优点是电池种类不受限制，测量时间短，一般在100ms，用小电流检测对电池损害小，可以在线检测电池，无需放电负载，电流较小，容易做到体积小、省电、便携，使用相敏检测，测量精密高，速度快，是目前通用方法，由于需要满足手持要求，该电池测试仪内部采用可充电电池供电，对DC-DC转换和能耗提出很高的技术要求，测试仪器专门配置了智能充电器对电源进行充放电管理，此外使用积分电路和单片机的A/D采样，使得单片机及时获取外部电路的电流电压等数据信息。
最后通过液晶显示系统状态。
原理框图如图2。
图1 方案一原理框图
图2 方案二原理框图。
多功能电能表设计
功能模块 计量
存储器 RTC 通讯接口
存储器 计量 MCU
LCD MCU 通讯
资源需求 带方向的有功无功计量
FLASH及EEPROM需要有相应的容量 需要RTC 至少需要两路UART
FLASH及EEPROM需要有相应的容量 提供电压/电流检测 占用相应的GPIO数量
v(t) 2.V.sint
i(t) 2.I.sin(t q)
Wt vtit V I cosq V I cos2t q
有功功率值P为瞬时有功功率的直流分量部分，即P = V.I.cos(q)
12
无功功率计算
无功功率的计算可以通过将电流或电压之一移相90度后与另外一个 通道结果相乘得到 – Hilbert变换
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多功能电子式电能表设计
第1部分：前言
内容概述
电子式电能表设计的一些基本方法 整表方案设计思路 各功能模块设计软硬件设计要点 常见问题案例分析 设计中的一些注意事项
CT 电阻分压
CT 电阻分压
CT 电阻分压
单相计 量芯片
单相计 量芯片
单相计 量芯片
SPI/GPIO
MCU UART
LCD
RTC
其它输入 输出外设
变压器A 变压器B 变压器C
整流 稳压
电源1 电源2
光电隔离 RS485
25
方案1 vs 方案2
方案1：电流互感器+3相计量芯片
最典型的三相多功能表方案 电流互感器的隔离使得计量芯片与MCU之间可以直接连接且共用同一组
智能多功能电量测试仪的设计
智能多功能电量测试仪的设计
白雪皎
【期刊名称】《长春大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2006(016)004
【摘要】介绍了以AT89C52单片机为核心开发的智能电量测量系统.该系统利用了高精度A/D转换器、自动量程转换技术、自校准技术及电参量算法,还使用了进制数间的转换及数的计算算法.
【总页数】4页(P44-47)
【作者】白雪皎
【作者单位】长春大学,电子信息工程学院,吉林,长春,130022
【正文语种】中文
【中图分类】TP216+.1
【相关文献】
1.智能化多功能电量控制器的设计 [J], 冮铁臣;孙立红;关振海
2.多功能电路参数智能测试仪的设计 [J], 王贵恩;郭春香
3.IMB—Ⅱ智能化多功能动平衡测试仪的设计与研制 [J], 金文鹏;丛培田
4.智能多功能电量测试仪的设计 [J], 白雪皎
5.一种多功能智能绝缘测试仪的设计 [J], 刘根旺;许化龙;马瑞萍
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一款多功能电力仪表的设计与开发
一款多功能电力仪表的设计与开发发布时间：2022-05-20T06:07:48.905Z 来源：《当代电力文化》2021年35期作者：夏晓航[导读] 面临着电子信息技术以及相关领域的快速发展，人们的日常生活与工作学习都发生了很大的转变。
夏晓航宁波三星医疗电气股份有限公司浙江省宁波市 315031摘要：面临着电子信息技术以及相关领域的快速发展，人们的日常生活与工作学习都发生了很大的转变。
自动化、智能化技术开始不断的渗透到我们的生活中，让我们的生活变得更加的快速便捷。
在这些技术飞速发展的过程中，都离不开多功能电力仪表的帮助，有了多功能仪表，才能够对各项技术用电数据进行实时的监控，更好的推动电子信息技术的发展。
伴随着我国社会对于电力需求量的不断增加，我国在电力资源供应方面上越发的紧张，一旦出现电力资源的短缺，将会严重的限制我国社会经济的发展。
面对传统电力仪表功能单一、精确度较低的问题，只有设计出一款多功能电力仪表，才能够更好的满足当前对于电力监测的需求，符合我国当前的发展方向。
关键词：电力仪表；多功能；设计与开发前言我国的电力系统在使用的过程中，必须要针对各项参数进行严格的监测，虽然我国也有专用的电表针对数据进行采集监测，但是这些专用电表仍然摆脱不了功能单一、参数单一的特征。
在一定程度上也导致了我国电力系统运行自动化程度较低的现象。
如果我们不能够及时的了解到电力系统中的数据信息，一旦发生故障就需要消耗大量的时间进行电力系统内部的排查，才能够寻找出故障部位进行维修。
而本文章将会针对一种多功能电力仪表进行设计与开发，能够针对电压、电流、频率等多种参数进行监测，有效的增强了电力系统的可靠性和维护性，实现了我们对于电力系统的实时监控。
一、系统设计方案及其工作原理电力仪表的主处理芯片采用BF53的这一款DSP处理芯片，同时还采用了ARM芯片作为外围模块扩展。
这样的系统整体设计方案，确保高性能的DPS处理器能够通过转换电路取得需要采样的数据信息，并且通过相关的数据信息转化完成各种参数的计算和累计显示工作。
多功能测试仪表的设计
多功能测试仪表的设计
柴钰;曹海红;崔童
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2009(32)18
【摘要】该系统是一款基于MSP430F149单片机的数字便携式多功能测试仪表的设计.通过利用单片机内嵌的12位高速A/D转换器,实现对交直流电压、电流以及电阻、频率等常用电学量的测量,并通过继电器实现了自动量程切换的功能,同时还通过12864液晶实现对常见波形的显示.此外,该系统还具有自动断电和电池低电压提示功能,更好地降低了系统的功耗,提高了实用性.在此通过对方案的选择和论证,通过软件设计,最后进行了数据的测量,并对数据做了进一步的分析等,验证了其正确性.
【总页数】3页(P164-166)
【作者】柴钰;曹海红;崔童
【作者单位】西安科技大学,陕西,西安,710054;西安航空职业技术学院,陕西,西安,710089;西安科技大学,陕西,西安,710054
【正文语种】中文
【中图分类】TP311.52
【相关文献】
1.多功能日历时钟DS1216D及其在智能测试仪表中的应用 [J], 乔秀万
2.惠普推出多功能测试仪表 [J],
3.5G高性能接收机测试仪表的设计与实现 [J], 杨传伟;王嘉嘉;吴磊;宋加齐
4.手持式多功能测试仪表 [J], 张思琦;麻永琪;李贝妮
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多功能电量测试仪的设计3.1 系统硬件的总体设计如图3.1所示为本文所设计的微机电量变送器的原理框图，三相电网电压、电流信号（共6路信号）通过电压、电流互感器后变成0-5V 的小电量信号。
这6路信号通过多路开关分时的与AD 转换器接通，AD 转换器会按顺序循环的对6路电网信号进行AD 转换。
转换后的信号会被送如8051单片机中进行数据处理。
按键用来控制单片机向数码管传输哪一种电量参数。
RAM 用来存放当前的电能值。
图3.1 微机电量变送器原理框图有些电量变送器的设计中，在多路开关的后面还连接有采样保持器。
这是为了保证在AD 转换器转换完成之前，输入AD 转换器中的模拟量不变，以免出现转换误差。
由于，本次设计所采用的AD 转换器具有很高的转换速率，而且采样的对象为50HZ 的工频信号，信号频率并不大。
所以可以不需要添加采样保持器，以节省成本和简化电路。
如果对转换精度有特别高的要求，亦可再添加。
3.2 系统CUP 的介绍3.2.1 80C51简介80C51单片机属于MCS-51系列单片机，由Intel 公司开发，其结构是8048的延伸，改进了8048的缺点，增加了如乘（MUL ）、除（DIV ）、减（SUBB ）、比较（PUSH ）、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5个中断源。
采用40引脚双列直插式DIP （Dual In Line Package ），内有128个RAM 单元及4K 的ROM 。
80C51有两个16位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有4个8位并行输入口。
80C51内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用12MHz 的晶振频率。
由于80C51的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故采用来作为控制核心。
8051单片机存储器扩展按键 数码管显示AD 转 换 器多 路 开 关电压 互感器电流 互感器3.2.2 80C51的管脚介绍80C51单片机的管脚图如图3.2所示345EA /VP 31X 119X 218R ESE T 9R D 17W R 16INT 012INT 113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PS EN29A LE/P 30TX D 11R XD 108051图3.2 8051单片机引脚分布图MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片： P0.0-P0.7 P0口8位双向口线（在引脚的39-32号端子）。
P1.0-P1.7 P1口8位双向口线（在引脚的1-8号端子）。
P2.0-P2.7 P2口8位双向口线（在引脚的21-28号端子）。
P3.0~P3.7 P3口8位双向口线（在引脚的10-17号端子）。
这4个I/O 口具有不完全相同的功能。
P0口有三个功能：1、外部扩展存储器时，当做数据总线。
（如图1中的D0~D7为数据总线接口）2、外部扩展存储器时，当作地址总线。
（如图1中的A0~A7为地址总线接口）3、不扩展时，可做一般的I/O 使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
P1口只做I/O 口使用：其内部有上拉电阻。
P2口有两个功能：1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用。
2、做一般I/O 口使用，其内部有上拉电阻。
P3口有两个功能：除了作为I/O 使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。
ALE/PROG 地址锁存控制信号：在系统扩展时，ALE 用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。
PORG 为编程脉冲的输入端：通过编程脉冲输入将编写好的程序输入到片内ROM 中。
PSEN 外部程序存储器读选通信号：在读外部ROM 时PSEN 低电平有效，以实现外部ROM 单元的读操作。
1、内部ROM 读取时，PSEN 不动作；2、外部ROM 读取时，在每个机器周期会动作两次；3、外部RAM 读取时，两个PSEN 脉冲被跳过不会输出；4、外接ROM时，与ROM的OE脚相接。
EA/VPP 访问和序存储器控制信号：1、接高电平时，CPU读取内部程序存储器（ROM），扩展外部ROM：当读取内部程序存储器超过0FFFH（8051）1FFFH（8052）时自动读取外部ROM。
2、接低电平时：CPU读取外部程序存储器（ROM）。
RST 复位信号：当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从程序存储器的0000H 单元读取第一条指令码。
XTAL1和XTAL2 外接晶振引脚。
当使用芯片内部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。
VCC：电源+5V输入VSS：GND接地。
3.3 数据采集电路数据采集电路可以分为模拟信号输入电路和A/D转换电路。
3.3.1 模拟信号输入电路通常接触的电流电路中的参数会有交流较高和电流较大的情况，因此用仪用的互感器把高压限号或者电流信号变换成低压信号和小电流信号来进行测量是必要的，互感器还有可以电气隔离的作用。
电网中的电压和电流通过互感器之后会分别变为一个100V的电压和5A 的小电流。
即便如此，电流和电压对于采样系统而言还是强电。
因此还需要通过采样电阻进行信号的降压和降流最终将它变为一个电压信号。
在这个系统里，对于电压信号，先经过限流电阻转化为电流信号，然后再送入变比为2mA/2mA的电流型电压互感器中，最后再将电流变为电压信号经过低通滤波器送入到放大器中进行放大。
对于电流信号，先用变比为5A/5mA的电流互感器把电流信号变成毫安级的小电流信号，再用小电阻将它转换成电压信号，最后通过低通滤波器送入到放大器中进行放大。
如图3.3、图3.4分别所示为三相电压取样电路和三相电流取样电路。
低通滤波是一种过滤方式，规则为低频信号能正常通过，而超过设定临界值的高频信号则被阻隔、减弱。
但是阻隔、减弱的幅度则会依据不同的频率以及不同的滤波程序而改变。
它有的时候也被叫做高频去除过滤或者最高去除过滤。
低通过滤是高通过滤的对立。
目的是为了把电网电压中的高频干扰脉冲和高次谐波分量滤掉。
从电网电压的各次谐波大小来看，主要成分是11次以下的谐波。
本仪表计算时，需要一个低通滤波器将高次谐波滤掉，以免发生混叠现象。
虽然阻容滤波器在通频带内不如巴特沃什滤波器平坦，本仪器中采用阻容滤波器是因为它具有简单易用的特点而且考虑到11次以上的谐波的幅值并没有太大的变化。
R1150K U AU NR3375C1100n FC210n FIN1O UT1IN2O UT2TV31-B12mA/2mAJ1J2图3.3 电压取样电路21DCR10150C71n FIA*IAIN1IN2O UT1O UT2TA23M-15A/5mAJ3图3.4 电流取样电路本次设计的取样电路中采用了元星TV31系列电流型电压互感器与TA23系列电流型电流互感器，这两款互感器的特点是精度高、动态范围宽、线性好等，与此同时互感器的隔离输入可以使电网和电子线路完全隔离，因此电路抗干扰性能得到了较大的提升。
在电压取样电路中必须注意输入电压不能够像电流信号那样直接施加于初级绕组上，要通过一个限流电阻R1将其转换为2mA的电流信号后才能进入电压互感器，互感器次级输出mA级电流信号经过运算放大器I/V转换电路(如图3.5所示)变成电压信号。
(电流和电压的I/V电路很类似，这里就只给出了电压预处理的电路图)。
图中采用了LM324同相交流放大电路。
因为考虑到LM324的正、负电源端分别接的是+5V和地，所以当同相信号输入端输入一正负两相的交流信号的时候，V0输出端只能输出正相的半波放大信号，因此需用R3、R4来组成1/2V+的分压电路，通过电阻R2对运放进行偏置，使输入信号的零点位置提高，然后通过调节外接电阻Rf和Rs来调节电路的电压放大倍数，从而使输出端能够输出0一3.3V全波信号。
23345T i t l eN u mS i z e B D a t e :13-J u F i l e :G :\p rR 1100R 310KR 410K LM3245VC 1100n F1R 51KR f 1KR 21KJ1图3.5 I/V 转换电路3.3.2 A/D 转换电路A/D 转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。
A/D 转换器的量化误差、分辨率、、转换时间转换精度以及抗干扰等性能都直接影响整个装置的技术指标。
本仪器采用AD976A 转换器。
它是一款16位高精度、高速、低功耗的ADC ，采用逐次逼近的工作原理，逐次逼近式A/D 是比较常见的一种A/D 转换电路，转换的时间为微秒级。
电源为5V 电源供电，单通道输入，输入电压范围为+/−10V ，采样速率为200KPS 。
其引脚图如图3.6。
AD976A 的引脚功能如下：电源：2、5、14、27、28脚，分别为数字或模拟的地与电源。
模拟地与数字地及模拟5V 与数字5V 之间，最好通过小磁珠再连接到一起。
模拟接口：1脚，模拟信号输入端，与模拟信号源之间应接一200欧。
3脚，参考电压输入端，可外部输入，也可利用内部25V 电压基准。
无论何种情况均须将该脚通过一2.2uF 电容接到AGND1。
4脚，参考缓冲输出，须通过一2.2uF 电容接到AGND2。
数据接口：6-13和15-22分别对应16位数据的D15-D0。
控制接口：24脚，/R C −，为读取数据/模数转换选择控制信号；25脚，CS −−，为片选端；26脚，BUSY −−−−，用于指示转换是否完成；23脚，BYTE 为转化结果输出高低字节选择控制端。
234D 156D 147D 138D 129D 1110D 1011D 912D 813D 715D 616D 517D 418D 319D 220D 121D 022V IN1R EF 3C AP4A GN D 12A GN D 25R /C 24C S 25B YT E 23B US Y 26G ND 14V D I G28V A N A27A D976A图3.6 AD976A 引脚分布图图3.7所示为AD976A 与单片机以及3-8译码器74LS138的管脚连接图。
图中，AD976A 的D0-D7口分别连接8051单片机的P1.0-P1.7口。
D8-D15口悬空，74LS138的Y0-Y5口分别接电网中通过了模拟信号输入电路的6路信号，分别对应电网中的Ua 、Ub 、Uc 、Ia 、Ib 、Ic 。