基于MSP430的高精度电量测量装置的设计

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基于MSP430电能参数测量装置设计

产品的低成本高精度特性使其具有很好的市场前景。
关键词：电能参数测量；单片机；电能；ＥＳＰ４３０；ＳＯＣ
中图分类号：ＴＭ９３３．４文献标识码：Ａ
随着电力电子和计算机技术的迅猛发展，出现了种类繁多的用电设备，各种非线性特性用电设备的使用
２Ｏ１３一Ｏ５—２１收稿日期：
基金项目：山东省自然科学基金资助项目（ＺＲ２００９ＦＱＯｌ２）
作者简介：张建文（１９８７一），男，硕士研究生，主要研究方向为电力电子。
通讯作者：杨艳（１９８２一），副教授，主要研究方向为：电力电子控制技术及电能变换装置分析设计。Ｅ — ｍａｉｌ：ｎｋｌｉｓａｙａｎｇ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｎｒ
模块进行ＡＤ转换后得到数字信号，并完成相应计算得
出电表参数，如有功功率、无功功率、电网频率、功率因数
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电压电流采样通道如图２所示。电流通道首先通过电流互感器ＣＴ与电阻Ｒｆ将零线上的大电流转化

基于MSP430F149的高精度低功耗电能消耗计量装置

山东科技大学电子学院通信工程《专业方向》课程设计年级学号： ***********姓名：***指导教师： ***设计时间： 2015.9.7—2015.9.20目录摘要 (3)关键字 (3)1目的与内容 (4)2硬件系统设计 (4)2.1电压采样方案 (5)2.2电流采样方案 (6)2.3电压、电流有效值测量方案 (6)3单元模块设计原理 (7)3.1电压采样电路 (7)3.2电流采样电路 (8)3.3电流电压测量电路 (8)3.4短信模块 (9)3.5过流报警和过流保护模块 (10)3.6防窃电模块 (10)3.7智能电能表与电脑的通信 (11)4、总的电路原理图及仿真输出波形 (12)5、系统特点与性能 (12)6、心得体会 (13)参考文献 (15)附录 (16)摘要本系统以MSP430F149单片机为控制核心，设计并制作了高精度低功耗电能消耗计量装置。

该系统硬件电路简单稳定，可靠性较高；该系统由阻容降压供电电路，电压测量电路，电流测量电路，显示电路等部分组成。

电压测量部分是220v电压经过变压器降压后经过整流桥得到1.7v半波电压，输入单片机之后经采样和数据处理，可得到电压的峰值，周期，频率，有效值等参数；电流参数测量电路是采用了50A/62.5mA互感器将负载上的大电流转换成较小的电流，并将小电流通过定值电阻，电阻两端的电压输入单片机从而计算得到电流峰值，有效值等参数；采用的是全球鹰SIM900A V3.7模块，固定时间给用户发送短信，让用户了解目前耗电情况。

题目中要求的参数均经单片机计算输出到OLED液晶屏模块上予以显示。

关键词：MSP430F149 低功耗 ADC采样SIM900A V3.7模块1目的与内容随着国民经济的不断发展,电力已经成为国家的最重要能源。

长期以来,我国生产的交流电度表均为感应式机械电度表,几十年来不得不采用人工抄读电表的原始方式。

这种方法不但劳动强度大、效率低,而且还会存在抄表不到位、估抄、漏抄、错抄、错算及抄表周期长等问题,对窃电的防治更无从谈起。

基于MSP430的锂电池电量检测系统设计_陈飞宇

—— 科协论坛・ 2011 年第 11
衡，平衡电路以最低容量的的那组电池作为参照，哪组电池相比与它大于某一阈值，则接通大功率电阻进行放电，以实现所有电池组的平衡。为了将单片机的串行通信 TTL 电平转换成 RS485 协议电平，还需要有通信电路部分，然后再将 RS485 转 RS232 和计算机通信。为了实现电信号隔离，采用光耦实现光电隔离，从而保障电池电源管理电路的稳定性。 3 系统的软件设计与分析 3.1 软件设计分析软件设计方法应从上位机和单片机两部分考虑，上位机软件是用于计算机与单片机之间的通讯，它通过计算机串行口经 RS232 转 RS485 转换器来传递数据，计算机通过上位机软件来读取单片机内保存的数据或者向单片机发送命令数据。可依靠 Visual C++6.0 来开发基于对话框的界面程序。单片机程序的开发采用专用于 MSP430 单片机的开发集成工具 IAR Workbench, 它能很方便的用 JTAG 口调试和监控单片机内程序的运行状况，该软件工具需要一个 JTAG 调试硬件的支持，可购买利尔达公司的 MSP430 Flash Emulation Tool 硬件调试工具来得以实现。 3.2 软件驱动层设计软件驱动层设计主要包括模数转换，电量平衡，串口操作及串口通信协议， Flash 模拟 EEProm 操作几大部分的驱动设计，其中模数转换驱动须实现硬件多路开关选择控制，以实现对电压，温度信号的切换，另外还要有模数转换的中断服务程序，是转换的结果在中断的驱动下保存到相应的内存空间。电量平衡功能的实现需要相关的驱动程序使单片机控制功率电阻接通引脚输出高或者低电平，来控制平衡电路的开启和切断。在软件驱动层编写为经组织层分析和调用。串口操作中断服务程序把串口接收到的内容保存并检查是否符合通信协议规定，在软件驱动层里编写为一个中断服务函数，由中断驱动调用。由于 MSP430 单片机本身不含 EEProm，某些需长期保存并数次刷新的信息只能通过 FLASH 模拟 EEProm 操作进行。 3.3 软件组织层设计电量软件算法分为充电电量算法和放电电量算法。基于目前电池的充电方法通常是先进行恒流充电再进行恒压充电，当充电电流到达某一设定值则切断电源，因此充电电量算法比较简单，利用电流积分法即可算得电量。参考文献： [1] Yevgen Barsukov,Bernd Krafth fer.采用自适应算法进行便携式电池电量的计量[J].电子设计应用,2004,10:P1. [2] 张建, 陈立铭,倪光正.基于 CAN 总线电动汽车电池组监控 2006,14(10):P1. 系统设计[J].计算机测量与控制， [3] 李翼,王小海.电动汽车用锌空电池电量预测方法的研究[J]. 浙江大学学报(理学版),2004,31(5):P1. [4] M.Doyle T.F.Fuller and J.S.Newman.Modeling of Galvanostatic Charge and Discharge of Lithium/Polymer/Insertion Cell[J].Electrochemical Soc,vol.140,June 1993:P1526-1533. 图 2 1 倍率放电电流下温度，电压与电量关系图对于放电电流的算法设计，依据不同温度下放电电流，电压与电量的关系曲线图。电池 0.5 倍率和 1 倍率放电电流下温度，电压与电量的关系图分别如图 1， 2 所示。 (1)通过电流积分，我们引入三个计算模型：剩余电量= （总容量-电流积分容量） /总容量。因为不同温度下电池放电总容量不同，总容量是某一特定温度下的值。(2) 根据电压电流电 (3)电量值根据量关系图，电量值 0.5 倍率下关系图查表求得。 1 倍率放电状态下查表求得。根据三种模型，电池电量有如下四种计算方法：算法 1：算法 1 即是模型 1 的计算公式。算法 2：剩余电量= （2*电量代数值） *模型 1 电量值+ （100%-2*电量代数值） *模型 2 与模型 3 较小电量值。算法 3：剩余电量= （100%-2*电量代数值） *模型 1 电量值。算法 4：此算法是当电池电量较低时，此时电量由 0.5 倍率与 1 倍率放电下电量电压关系图查表决定，取较小值。引入了三种模型和四种算法之后，将 0.5 倍率和 1 倍率放电下电压电量关系编制成供 C 语言使用的表格。对电池电压进行分区间处理，在对电量百分比转换时获得对电量 0 到 255 的八位数据表示的区间，通过对区间的分别处理就可以获得准确的电量值。 4 结束语电池剩余容量 SOC 是电池管理中最为重要的参数，也是最不容易获得精确值的参数，要想得到精确的 SOC 就需要对电池的参数进行全面的测量。本设计的电量算法采用了电流法与电压法相结合，并考虑温度的校正。根据电池不同的工作状态，根据放电电流的变化，灵活的调整各计算因子的权重，使电池剩余电量预测的准确度得到很大的提高。

基于MSP430单片机的电池监测仪设计与实现

基于MSP430单片机的电池监测仪设计与实现李鹏【摘要】电池检测是现代社会一直关注的重点问题,虽说电源系统的自动化处理技术十分强大,但还是会出现一些漏洞,当系统停电时,电池就起到了很大的作用.本文基于MSP430单片机原理下,对电池的设计流程和运作情况实施实时监控,在节省人力物力和提高效率的基础上建立自动化的电池监测仪.电池远程监测仪的使用原理是在电池内部输入一个可以传输的交流电信号,主要观察电池在使用过程中的电压和电流转换情况,测量电池在高频度使用次数下温度的变化.这种电池监测仪方法提高了电池的使用效率和时限,并且减少了生态污染,避免造成经济损失.利用MSP430的功能,将其与电池的监测工作相结合,提高了工作效率的同时也增强了获取的数据的可靠性.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】2页(P185-186)【关键词】监测仪;MSP430;电池检测;系统设计【作者】李鹏【作者单位】西藏民族大学电子设计实践实验中心【正文语种】中文MSP430单片机是一种混合方式下的信号处理器，它在一个芯片上集成不同的电路，这些电路主要包括功能各有差异的模拟电器和微处理器，还有数字电路模块等等，再根据实际生活中使用需求的不同，来利用单片机制定解决问题的措施。

这种监测仪技术在监测电池之前自身就需要利用电池来供电，并装在便于观察的仪器表盘中。

在MSP430单片机的技术原理之下，设计电池监测仪的工作就相对而言较为简便。

电池作为现代生活中必不可缺的资源，广泛运用于农业、工业和生产交通等领域。

电池使用的正确与否主要取决于对电池数值的准确测量和分析，运用监测仪对电池的自动化系统做出规划，分析它在使用过程中的安全性和可靠性，为之后将电池运用到实际产品中不出现差错做好铺垫。

在设计电池监测仪之前，要利用MSP430单片机实现电池电量检测、电压和温度检测的功能，保障了这些基本功能，才能有效提高电池监测仪的工作效率。

基于MSP430的智能电能表设计

基于MSP430的智能电能表设计摘要基于炬力公司的高精度电能计量芯片ATT7022B，本文以超低功耗单片机MSP430F149为控制器，设计了一款三相多功能电能表。

该电表围绕DL/T 614-2007《多功能电能表》的技术要求和功能规范进行了设计。

文中详细介绍了该多功能电能表的软硬件设计方案。

引言随着我国电力事业的蓬勃发展和人民群众生活水平的不断提高，电力已成为人们生活、工作中必不缺少的组成部分。

随着居民用户电表数量的增加，人工抄表已经无法满足电力系统的管理和服务的需求。

人工抄表的工作越来越繁重，效率低、误差大、成本高，数据的统计分析准确率低且滞后，无法实现实时抄表、分时计费、实时监测供用电情况。

电力系统迫切需要电力网络技术支持，以便及时准确的获得用电管理、收费管理、供用电线损统计、分析及电力安全运行等各方面的信息。

1.系统方案根据功能要求，设计了如下的整体方案：系统包括三相多功能智能电表、红外遥控抄表器以及上位机抄表软件。

系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图红外遥控抄表器通过红外通信的方式完成对电能表内数据的抄取，通过RS485总线与电能表通信，实现对电能表的监测。

电能表主要由电能计量单元、电源管理、微控制器、通信单元、时钟、显示模块、报警模块、广播校时模块等组成，系统结构框图如图2所示，图2 电能表系统结构框图1、互感器完成大电压和大电流信号到小电流信号的转换。

2、电能计量模块采集互感器转换的电流信号，完成对电能的计量。

3、电能管理模块为系统提供3V、5V电源，并且完成对时钟电池和系统后备电池的充电管理。

4、显示模块完成对相关数据的显示。

5、报警模块主要完成断相、失压、电池欠压等报警功能。

6、通信模块包括红外和485通信两部分，提供了红外收发和RS485两种通信接口，辅助完成实现远程抄表、手持抄表等功能。

2.系统硬件设计2.1微控制器系统主控制器选用了MSP430F149单片机，该芯片是一种超低功耗微处理器，采用精简指令集结构，内部具有ESD保护，抗干扰能力强。

基于MSP430F149的多功能电力监测仪的设计

摘要：介绍了一种基于超低功耗单片机ＭＳＰ４３０Ｆ１４９的多功能电网参数综合监测仪，系统采用电能计量专用芯片ＡＴｒ７０２２Ｂ测量三相电网的各参数，并设计了外围硬件电路，包括采样调理电路、人机界面、实时时钟、串行通信及电源模块等。本设计校表采用与触摸屏相结合的软件校表，不需与上位机通信，在很大程度上简化了校表程序，校表精度也有较大提高。经实验测试，该监测仪具有高精度、低功耗、多功能和
ＣＬＣｎｕｍｂｅｒ：ＴＰ２１６．１
智能化等优点。关键词：电能质量监测；ＭＳＰ４３０Ｆ１４９；ＡＴＩ＇７０２２Ｂ；触摸屏；软件校表中图分类号：ＴＰ２１６＋．１文献标识码：Ｂ文章编号：１００３ — ０１０７（２０１３）０９－００６３一ｏ４
基于ＭＳＰ４３０Ｆ１４９的多功能电力监测仪的设计
电子质量（２０１３第０９期）
基于ＭＳＰ４３０Ｆ１４９的多功能电力监测仪的设计
ＤｅｓｉｇｎｏｆＭｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎＰｏｗｅｒＭｏｎｉｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＭＳＰ４３０Ｆ１４９
ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅｇｒｉｄａｎｄｄｅｓｉｇｎｓｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｈａｒｄｗａｒｅｃｉｒｃｕｉｔ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ：ｓａｍｐｌｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｓ，ＨＭＩ，ｒｅ－

基于MSP430系列单片机的多功能电能表设计

智能小区武永鑫(1970—),男,副教授,研究方向为电器工程。

基于M SP430系列单片机的多功能电能表设计武永鑫(阜阳职业技术学院,安徽阜阳　236031)摘　要:针对电能计量系统的现状,研发了一种新型的电能计量装置,其中增加了防窃电解决方案。

对基于M SP 430系列单片机的多功能电能表的软硬件设计作了详细介绍。

该电能表克服了同类产品的一些缺陷,有效增强了系统的抗干扰能力,提高了电能计量的自动化水平。

关键词:多功能电能表;单片机;电能计量;防窃电功能中图分类号:TP216　文献标识码:B 文章编号:167428417(2010)022*******0　引　言在现代社会中,电能已广泛应用于社会生产的各个领域和社会生活的各个方面。

电能表是当前电能计量和经济结算的主要工具。

随着电子技术、自动控制技术和计算机技术的迅猛发展,电能计量装置也发生了巨大变革。

新型电子式电能表的研制日益成为电力行业的迫切需求。

本文提出的电能表设计特点是系统将数据采集、电量计算、通信、显示、数据运算、存储集于一体,为实现低成本开发要求,充分利用CP U 的外设功能,使外部电路精简,解决了对CP U 资源以及外部电路进行有序、有效管理的难点问题。

本文的创新之处在于有效地增强了系统的抗干扰能力,对电表增加了防窃电解决方案。

1　硬件结构多功能电能表就是指除计量有功电能、无功电能外,还具有分时、测量需量等两种以上功能,并能显示、存储和输出数据的电能表。

本文的设计任务是完成集数据采集、电能计量、通信控制、输出显示等功能于一体的多功能电能表。

以MSP430FE427为例设计的多功能电能表的硬件结构框图如图1所示。

它由MSP430单片机单元、电源管理单元、显示单元、通信单元和外围接口等部分组成。

图1　M S P430F E427单相电能表功能框图2　软件设计2.1　系统软件设计单片机应用系统的软件设计和一般的程序软件不同,须在熟悉硬件的基础上进行设计。

基于MSP430的高精度电量测量装置的设计

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图 2 中-3.3V 的抬高电压是由这里的+3.3V 经过一级放大器反相直接得到。这样的联动关系, 最大程度减小噪声干扰所引起的测量精度误差。
图 2 运放采样电路图频率测量电路 1.3 信号频率的变化直接影响到采样的最终精度 ,对于数字交流采样 ,一周波通常需要采集 64 个以上的采样点 , 因此信号采样需要对被测信号的频率进行实时的锁频采样。如图 3 所示输入采样信号与标准信号同时输入到 MSP430 内置的比较器中 , 由比较器输出过零点的方波 , 该方波再经由一阶 RC 低通滤波后与 MSP430 内置定时器的捕获模块连接 , 充分利用 MSP430 内部集成的硬件资源,大大提高了频率测量的精度。
《微计算机信息》 ( 嵌入式与 SOC)2010 年第 26 卷第 10-2 期
高,而且具有很好的实用性和推广价值。参考文献: [1]胡大可,MSP430 系列 FLASH 型超低功耗 16 位单片机[M].北京:北京航空航天大学出版社 2001.11 [2]王幸之等,单片机应用系统抗干扰技术[M].北京:北京航空航天大学出版社 2000.9 [3]Texas Instruments Economic Voltage Measurement With the MSP430 Family [4]刘凌波,李海霞等.基于 DSP 的高精度电量测量系统的设计[J]. 微计算机信息.2009,1-2: [5]高婧; 郑建勇; 潘震东.电力系统微机保护中改进傅氏算法综合性能研究[J].继电器,2002.10 [6]覃毅,汤荣江等.单片机应用系统的软件抗干扰措施[J].微计算机信息.2007,2-2: 作者简介 :范大勇(1974—),男,东南大学建筑设计研究院,电气工智能化研究及设计。程师,注册电气工程师,主要从事建筑电气、 Biography: Fan Dayong (1974 — ), male, Architectural Design and Research Institute, Southeast University,Electrical engineer, Registered electrical engineer,Major in Building Electricity & Intelligence. (210096 江苏南京东南大学建筑设计研究院 ) 范大勇 (211100 江苏南京南京尚恒测控系统有限公司）唐建

基于DSP与430单片机的电能质量测量仪设计

长沙威胜的wpql000a型9电能质量监测仪是一种网络式多通道高性能高精度的在线式电能质量监测装置具有自动测量彩色液晶图形表格数据波形图矢量图柱型图等显示智能统计分析多事件报警及记录大容量监测武汉科技大学硕士学位论文数据存储和网络数据通信功能是融合了现代数字信号处理计算机通信最新电能质量理论和软件工程思想于一体的高技术监测设备
Ａｂｓｔｒａｃｔ………………………………………………………………………………………………………………………．ＩＩ
第一章绪论…………………………………………………………………………………．１１．１选题背景………………………………………………………………………………．１１．２电能质量的相关概念及研究意义……………………………………………………．１１．２．１电能质量的相关概念…………………………………………………………．．１１．２．２电能质量问题的危害…………………………………………………………．．２１．２．３电能质量分析测量系统的研究意义……………………………………………．３１．３国内外研究现状………………………………………………………………………．３１．４本课题主要的研究内容和章节安排…………………………………………………．５第二章电能质量主要参数的算法现实……………………………………………………６２．１电能质量主要参数分析………………………………………………………………６２．１．１电压偏差…………………………………………………………………………６２．１．２频率偏差………………………………………………………………………．．６２．１．３三相电压不平衡度……………………………………………………………。７２．１．４电压波动和闪变………………………………………………………………．．７２．１．５公用电网谐波…………………………………………………………………。８２．２电能质量参数的测量原理及算法现实……………………………………………．．１０２．２．１电压、电流、功率的测量原理及实现方法…………………………………１０２．２．２频率的测量原理及实现方法……………………………………………。…．．１１２．２．３谐波的测量原理及实现方法…………………………………………………１２２．３本章小结………………………………………………………………………………１２第三章系统的硬件设计…………………………………………………………………。１３３．１系统硬件设计原理框图………………………………………………………………１３３．２信号采集模块…………………………………………………………………………１３３．２．１电压、电流传感器……………………………………………………………１３３．２．２硬件滤波电路…………………………………………………………………．１５３．２．３信号调理电路…………………………………………………………………。１５３．２．４ＡＤ转换电路…………………………………………………………………。１６３．２．５信号采集模块的电源电路……………………………………………………１７３．３ＤＳＰ信号处理模块……………………………………………………………………１８３．３．１ＴＭＳ３２０Ｃ５４１０Ａ简介……………………………………………………………………………．１８３．３．２多通道缓冲串口（ＭｃＢＳＰ）…………………………………………………１９３－３．３增强型主机接口（ＨＰＩ．８）……………………………………………………２０３．３．４外扩存储器设计………………………………………………………………２０３．３．５ＤＳＰ系统模块的电源电路……………………………………………………２ｌ３．４４３０单片机控制模块…………………………………………………………………２２３．４．１ＭＳＰ４３０单片机简介……………………………………………………………２２３．４．２液晶显示与按键输入…………………………………………………………２３３．４．３其它外围功能器件……………………………………………………………．２４３．４．４ＭＳＰ４３０系统模块的电源电路………………………………………………．．２５３．５硬件实物照片………………………………………………………………………。２６

基于MSP430电能表的设计研究与应用的开题报告

基于MSP430电能表的设计研究与应用的开题报告一、研究背景随着能源消耗量的不断增长，电能计量成为了国家能源管理的一个重要方面。

传统的电能表大多采用机电式计数器，存在着误差大、容易受外界环境影响等问题。

而相比传统电能表，基于微处理器的智能电能表具有计量准确、可编程等优势。

MSP430是德州仪器推出的一种低功耗、高性能的芯片，在智能电能表设计中应用较为广泛。

二、研究内容本次设计研究将基于MSP430芯片来设计智能电能表，包括以下内容：1. 研究智能电能表的计量原理和工作原理，了解MSP430芯片的功能和特点，并进行系统设计。

2. 了解MSP430芯片的编程方法和工具，编写程序实现数据采集、处理、传输和显示等功能。

3. 利用Proteus仿真软件对智能电能表进行仿真验证，检验系统的性能和可靠性。

4. 调试实物电路，测试设计的智能电能表在各项性能指标上的表现。

三、研究意义1. 该智能电能表的设计和应用，对于提高国内大规模能源管理的效率和精确度具有重要意义。

2. 研究基于MSP430芯片的智能电能表，有助于提高学生的电路设计、嵌入式系统编程等综合素质。

3. 该研究成果有望应用于实现智能家居、工业控制等领域，具有广泛的应用前景。

1. 文献阅读法：通过阅读相关的书籍、论文和技术文档，了解MSP430芯片的特点、电能表的计量原理和工作原理等。

2. 实验与仿真法：利用Proteus仿真软件对智能电能表进行仿真验证，并根据实验结果进行后续设计和调试。

3. 调查研究法：调查市场对智能电能表的需求和应用情况，以获取更为全面的设计思路。

五、预期成果1. 完成基于MSP430芯片的智能电能表设计，并进行实验调试验证。

2. 发表学术论文一篇，或申请专利一项。

3. 撰写设计报告并进行答辩，获得通过的成果证书。

六、可行性分析1. 技术可行性：了解MSP430芯片，掌握智能电能表的计量原理和工作原理，熟悉Proteus仿真软件的使用，具备进行本项研究的技术基础。

基于MSP430单片机的多路电气量检测装置的设计

・智能电器及计算机应用・低压电器(2010№1)廖从研(1982—),男,硕士研究生,研究方向为电力系统继电保护。

基于M SP430单片机的多路电气量检测装置的设计3廖从研1,　杜松怀1,　李春兰1,2,　黄　俊1(1.中国农业大学,北京　100083;2.新疆农业大学,新疆乌鲁木齐　830052)摘　要:介绍了一种多通道电气量检测装置。

该装置以单片机M SP430F1611为核心,由电源、模拟信号调理、数字信号输入、串行通信接口、人机交互接口及继电器输出接口电路组成,可获取研制新型剩余电流保护装置的实验数据。

该装置电路结构简单,操作方便,易维护。

关键词:单片机;串行通信;剩余电流保护装置;继电器中图分类号:TP 216　文献标识码:A 文章编号:100125531(2010)0120017203D esi gn of a M ulti 2Channel Electr i ca l D etecti on D ev i ceBa sed on M CU M SP430L I AO Congyan 1,　DU Songhuai 1,　L I Chunlan1,2,　HUAN G Jun1(1.China Agricultural University,Beijing 100083,China;2.Xinjiang Agricultural University,U rumqi 830052,China ) Abstract:An multi 2channel electrical detecti on device was intr oduced .Taking single 2chi p MSP430F1611ascore,the device consist of power supp ly module,anal og signal conditi oning,digital signal input,serial communica 2ti on interface,H M I interface and relay interface circuits,and it could acquire test data of residual current p r otective device .The device was convenient t o operate and maintain,with si m p le circuits configurature .Key words:si n gle 2ch i p;ser i a l co mm un i ca ti on;resi dua l curren t protecti ve dev i ce;rel ay杜松怀(1963—),男,教授,博士生导师,研究方向为电力市场及电力系统分析。

基于MSP430高精度数字电流仪的设计

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基千ＭＰ３Ｓ４０高精度数字电流仪的设计
于本化，孔令彬，晓航郑
（国地质大学，北武汉４０７）中湖３０４
２２数字电路设计．
有必要研究一种精密仪表，能够在高斯白噪声和高
次谐波干扰的环境下，仍能够达到测量精度要求。基于以上原因，文是针对传统应用于强干扰环境本
２２１门狗电路和ＥＰＭ．．看２ＲＯ
摘要：计了一套基于ＭＳ４０超低功耗在线测量电流仪，以精密测量小范围内的电流强度设Ｐ３可
分析了干扰噪声对测量的影响在硬件电路设计中利用了二极管的门坎电压．在软件设计中引入
了小波算法对信号进行降噪处理．给出了中心频率为５，定电流为２０．０Ｈｚ额０ｍＡ的小电流试验结果，验结果和实际运行．试在其．该技术已在强电磁场下％
Ａｂｓｒｃ：Ａｖｌｏｎｌｅｍｏｔｒｎｎｄｍｅｓｅａｔａｔｎｏｅ —ｉｎｉｏｉｇａａｕｒｍｐｅｅｔｒｉｒｓｎｅｓｄｏＳＰ０ｄ．ｎｒｍｅｅｓｐｅｅｔｄｂａｅｎＭ４３ｅｓｇｄｔａｕｅｓｌｃｒｅｔＴｈｙｔｍｄｐｓｄｏｈｅｈｄｖｔｇｎｖｌｔｔａｓｏｍ１ｉｎｅｏｍｅｓｒｍａｌｕｒｎ．ｅｓｓｅａｏｔｉｄｅｔｒｓｏｌｏｌｅａｄｗａｅｅｒｎｆｒａ．ａｇｒｔｏｉｈｍｏｄｅｉｅＴｈａｅｕｅｔｉ０ｍＡｅｈｅｒｅｕｎｙｉ０Ｈｚａｄｔｅａｉｉｔｎｏｓ．ｅｒｔｄｃｒｎｓ２０ｗｈｎｔｅｃｎｔｅｆｑｅｃｓ５ｒｎｈｅｖｒｃｔｓｙ

基于MSP430的电能检测仪表的设计

科技・探索・争Ｉ乌
Ｓｃ科ｉｅｎｃｅ＆技Ｔｅｃｈ视ｎｏｌｏｇｙ界Ｖｉｓｉｏｎ
基于ＭＳＰ４３０的电能检测仪表的设计
郑建兰韩永峰疏中凡（安徽理工大学，安徽淮南２３２００１）
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｉｓａｐｈａｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｈｅｔｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｏａｄ．Ｐｏｗｅｒ — ｆａｃｔｏｒｉｓｔｏｔａｋｅｃｏｓｉｎｅｐｈａｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅａｄｏｐｔｓｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｆｏｔｈｅｏｐａｍｐａｎｄｒｅｓｉｓｔｏｒｔｏｓａｍｐｌｅｔｈｅｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ．Ａｌｓｏ，ｉｔｕｔｉｌｉｚｅｓｈａｒｄｗａｒｅｚｅｒｏｖｏｌｔａｇｅｃｏｍｐａｉｓｒｏｎｔｏａｂｓｔａｉｎｔｈｅｐｈａｓｅｄｉｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ．Ｗｈｅｎｔｈｅｇｒｉｄｅｘｉｓｔｆａｕｌｔ，ｔｈｉｓｉｎｄｉｃａｔｏｒｃａｎｓｔｉｌｌａｃｃｕｒａｔｅｌｙｔｅｓｔｄａｔａａｎｄｓａｍｐｌｅｓｉｇｎａ１］

采用MSP430单片机完成电池电量测量系统方案

1 绪论1.1 引言锂离子电池是20世纪70年代以后发展起来的一种新型储能电池。

由于其具有高能量、寿命长、低能耗、无公害、无记忆效应以及自放电小、内阻小、性价比高、污染少等优点，锂离子电池在逐步应用中显示出巨大的优势，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动汽车、储能、航天等领域[1]。

目前使用的各类电池中，锂离子电池(也称锂离子二次电池或锂离子蓄电池)是近十几年才发展起来的一种新型电源。

自20世纪90年代初日本索尼能源开发公司和加拿大莫里能源公司研制锂离子电池获得成功以来，一直是世界各国竞相研究开发和应用的热点[2]。

在第215届电化学会议中，新型电极材料仍是锂离子电池的研究热点之一，与传统正极材料LiMn204、LiCoO2、LiMnPO4相比，LiFePO4正极材料所特有的安全性能引起了人们的重视。

其中粘结剂作为非导电的活性材料在锂离子电池中的重要性开始逐渐被认识和接受。

美国劳伦斯伯克利国家实验室研究了电极循环性能与电极片机械能的关系，发现电极的机械能与长期循环性能的关系密切，电极的损坏，特别是碳负极的损坏主要源于极片力学性能的下降，指出电极材料并不是决定电极性能的唯一因素，粘结剂的性能和极片的制备方法、工艺也是必须考虑的[3]。

近年来，许多研究者不再局限于对某一材料的制备与优化，开始着眼于整个系统的匹配，优化电极片和制备方法，瞄准动力汽车的需求设计高能量电池和高功率电池，分析电池衰退的原因，开发满足动力电池需要的3000至5000次循环寿命的长寿命锂离子电池[4]。

涉及锂离子电池的研究内容和手段不断的丰富，对于锂离子电池制备工艺的提高也有很大的促进与提高。

以上所述介绍了锂电池的发展现状，进一步研究和开发锂离子电池对发展与能源密切相关的的各项产业具有非常意义，而且通过本课题的研究为我增加了很多聚合物锂电池的知识。

电池运行状态的监测主要是通过检测电池的电压、电流、温度等同电池性能密切相关的参数与时间相对应的关系，得出当前电池的运行状态信息，然后通过分析处理并和预先设定的电池性能判断标准进行比较，从而诊断出电池的当前的健康状态是否良好[5]。

基于MSP430单片机的电导率检测装置的设计

２００９耳第４期中图分类号：’Ｉ＇Ｐ３０２文献标识码：Ａ文章编号：１００９—２５５ｚ（２００９）０４一００４１—０３基于ＭＳＰ４３０单片机的电导率检测装置的设计蒋兴东，曾水平（北方工业大学机电学院自动化系，北京１００１４４）摘要：介绍了基于高性能、低功耗１６位单片机ＭＳＰ４３０Ｆ４４９设计的电导率检测装置的测量原理、设计要求和方案选择。

给出电导率检测装置的硬件设计和各个模块的功能。

关键词：电导率；ＭＳＰ４３０单片机；数据采集ＤｅｓｉｇｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｄｅｔｅｃｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎＭＳＰ４３０ＪＬ州Ｇ）（ｉｎｇ—ｄｏｎｇ，ＺＥＮＧＳｈｕｉ—ｐｉｎｇ（Ｄｅｒｍ＇ｎｎｔｍｔ０ｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｓｃｈｏｏｌ０ｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ，ＮｏｒｔｈＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｎｅｉｊｉ雄１００１４４，Ｏａｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｄｅｖｉｃｅｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔ）ｒｄｅｔｅｃｔｉｎｇｂａｓｅｄｏｎＭＳＰ４３０Ｆ４４９，ｗｈｉｃｈｉｓｐｏｗｅｒｆｕｌｉｎｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｌｏｗｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．ｔｈｅｒｅａＩｅ乜优ｐａｒｔｓｉｎｃｌｕｄｅｄｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ：ｔｈｅｏｒｙｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｃｈｏｉｃｅｏｆｐｌａｎ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｈａｒｄｗａｒｅｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｄｅｔｅｃｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅ．ａｎｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｍｏｄｕｌｅａｒｅｇｉｖｅｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ＭＳＰ４３０；ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ０引言铝电解质的电导率与离子的运动有直接关系，它决定离子的本性和离子间的相互作用。

基于MSP430单片机的电池组检测装置设计

2021.15科学技术创新基于M SP 430单片机的电池组检测装置设计张文文徐航朱浩然姚璇(长春工程学院,吉林长春130012)M SP430系列单片机有着功耗低而且运行速度快,处理能力强的特点。

它把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上,然后再根据实际问题,利用单片机制定解决问题的措施。

在设计出一款检测单体电池装置之前,在M SP430单片机的功能下可以检测出单个电池电压、电流的数据。

然后根据检测电池的数据对单体电池进行实时监控,避免单个电池损坏对整个电池组利用的影响。

安全是电池生产制造的前提,所以基于M SP430单片机的电池检测装置实际应用作用大,市场前景十分乐观。

1工作原理目前,对电池的检测方案就是对其单体电池进行测量,检测单体电池两端的电压电流,从而实时监控单体电池。

将采集的信息通过网络传递给数据库,为以后对电池组的安全性和寿命的评估做出铺垫。

2系统设计该系统以基于M SP430系列为控制核心,外部由电压电流采集网络,液晶显示模块及按键组成。

通过多路采样器开关控制所需测量的单体电池,实时了解单体电池的电压,电流情况。

最后将采集的单体电池电流电压信息显示在液晶屏上。

系统硬件结构图如图1所示。

2.1M SP430系列单片机M SP430系列单片机是一种16位超低功耗及运行稳定、可靠性高的混合信号处理器,根据实际应用的需求可应用到不同产品上。

基于M SP430系列单片机设计出的器件适用于广大市场,获得很多公司及其使用者的认可。

本文应用单片机为M SP430F149,它拥有8路外部独立输入,12位转换精度,其A D C 转换器转换速度快。

使本装置实时监测电池组的数据准确度更高,测量效率更快。

2.2电压电流采集过程测量电池电压时,通过m s p430低功耗芯片编程控制多路选择芯片cd4051选择不同的单节电池,因为m s p430芯片的A D 转换模块的电压转换范围有限,所以将该电池电压通过两个反向比例运算放大器缩小为可供单片机识别的电压范围0~2.5V 。

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嵌入式系统应用
图 5 中断程序流程图
技术创新
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嵌入式系统应用
引脚做接地处理,这些措施有利于整体系统的抗电磁辐射和静电干扰。 ④ 使用外部的复位监控芯片来控制 MSP430 单片机的复位,与内置 “软件看门狗” 构成双 “看门狗” 结构,提高系统运行的可靠性。直流扼 ⑤ 添加外部的交流电源滤波器、 LDO 电源芯片、流圈等措施,将使系统的电源抗瞬态干扰能力大幅增强。
嵌入式系统应用
文章编号 :1008-0570(2010)10-2-0060-03
《微计算机信息》 ( 嵌入式与 SOC)2010 年第 26 卷第 10-2 期
基于 MSP430 的高精度电量测量装置的设计
The Design of High Accuracy Electric Quantity Survey Device Based on MSP430
1 系统硬件设计
在电力系统微机测量的硬件设计中, 通常采用嵌入式单片机的设计方式,不但具有多通道高速度 AD 转换通道、高速的运行速度来保证数值的计算效率, 而且能通过可扩展的 UART 串行通讯接口方便与后台进行组网数据交换。 1.1 硬件组构 MSP430F149 是一款超低功耗、性价比极高的工业级芯片, 具有丰富的内部硬件资源。该芯片内部集成 8 通道 12 位高精度 AD 转换器 , 可达到 300K 以上的采样速率 , 使模拟信号的高精度采样得到了充分的保证。该芯片内部设有 2 路的 UART 串行接口,通过后端电路,可以获得 2 路 RS485 或者其他的串行接口,使测量装置的组网功能得到很大的提升。基于功能需求,本文所设计的高精度电量测量装置的硬件组构如图 1 所示。图 1 中电流和电压的采集采用了互感器进行信号转换 ,被测量信号转换为数百毫伏级的弱电压信号送入单片机的 AD 口进行直接采样。开入量采样利用光耦隔离把数字输入信号传输给 MSP430 的 IO 口进行中断处理;开出量直接由单片机的标准 IO 口输出控制信号,通过开出缓冲控制继电器。系统充分利
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2 系统软件设计
2.1 系统软件流程测量装置的系统软件主要由系统主程序与定时器中断程序两部分组成。其中定时器中断程序主要是对信号输入的 6 个 AD 采样口定时采样,考虑到各电量相序的一致性,这里使内置 ADC 工作于序列通道单次转换模式,每次中断程序通过控制采样/转换位 ADC12SC 来触发 ADC 开始采样。采样得到的结果自动保存在采样结果寄存器中等待主程序进行计算处理。该系统的主程序采用循环结构,完成量值的计算以及通讯数据、开入开出数据的处理和显示内容的刷新,具体程序流程如图 4、图 5。
技术创新
Abstract: In view of the present development situation of power measurement in China and the rising demand on the measurement accuracy in power industry, this article develops a new high -precision power measurement device oriented on a MSP430F149 ultra low power MCU platform. This article focuses on the system hardware of the installation: external sampling signal input circuit and the frequency measurement circuit of the hardware design; AC sampling and digital filtering algorithms, and the use of such anti-jam ming technology. Application results show that the device is stable, reliable, highly precise and practical, worth promoting. Key words: High Accuracy Electric Quantity Survey Device; Electric Quantity Measurement; MSP430; EMC; 用该款单片机的双路 UART 功能,采用双路通讯隔离模块 , 使本装置具有双路冗余的 RS485 通讯接口, 进一步提高了通讯的可显示模块和按键输入,方便用户直观的人机交互。利用该靠性。平台的 IIC 功能, 连接外部较大的 FROM 存储器 , 存储需要设置的参数,可防止设定参数的丢失。
2) 有功功率和无功功率: P =
对于需要进行谐波分析和快速响应的场合,可采用全波傅氏算法或快速傅立叶变换 FFT 算法,具有很高的实用价值。 2.3 数字滤波在以上的基础上,通过主程序中加入数字滤波算法—中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法),通过对连续采样 n 个数据,去掉一个最大值和一个最小值,然后计算 n-2 个数据的算术平均值,该方法主要针对于硬件上偶然出现的脉冲性干扰, 可极大消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差,所得到的信号值就比较稳定、准确。
引言
为了更好的满足电力系统对电量测量精度不断提高的需求,如何实现准确可靠、技术先进、经济合理的电量测量已成为电力行业的一个广泛课题。文章提出一种以超低功耗单片机 MSP430F149 为平台 , 通过硬件及软件方面的处理 , 设计了一种高精度电量测量装置, 该装置能同时测量多种电量信号, 如:电电压、正序、负序电流、功率量、电度和频率等。流、
1 (1. 东南大学;2. 南京尚恒测控系统有限公司) 范大勇
唐建 2 王恒强
2
FAN Da-yong TANG Jian WANG Heng-qiang
摘要: 针对目前我国电量测量发展现状 , 及电力行业对电量测量精度不断提高的需求 , 文章提出一种以超低功耗单片机 MSP430F149 为平台 , 开发出一种新的高精度电量测量装置。文章主要阐述了该装置的系统硬件构成 : 外围采样信号输入电路及频率测量电路的硬件设计;交流采样和数字滤波的算法,以及抗干扰技术的运用等。应用结果表明,该装置运行稳定可靠, 检测精度高,具有一定的实用性和推广价值。关键词 : 高精度电量测量装置 ; 电量测量 ;MSP430;EMC; 中图分类号：TP274.4 文献标识码：A
范大勇 : 电气工程师
- 60 - 360元 / 年邮局订阅号：82-946
图 1 测量装置的硬件组构图为实现高精度的电量测量 , 对信号输入电路和频率测量电路进一步完善设计。 1.2 信号输入电路由于 MSP430 内置的模数转换器 (ADC)是单极性的 , 其输入范围最大为 0~3.6V,所以对于互感器的双极性输入信号 ,必须转换为单极性输入信号,即对信号进行直流偏置。通常采用电阻分压或运放升压的直流偏置方式。电阻分压方式虽结构简单,但受外部的干扰影响较大 , 同时电路的输出阻抗高 , 会影响 ADC 的采样速度。为了提高采样精度, 采用高精度轨至轨运放升压方式,其电路结构如图 2 所示。对于 ADC 采样的基准电压,选用外部高精度稳压电源模块 HT7133A 提供+3.3V 的 ADC 基准电压; 《现场总线技术应用 200 例》
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图 2 中-3.3V 的抬高电压是由这里的+3.3V 经过一级放大器反相直接得到。这样就可以在 ADC 的基准电压和输入信号的抬高电压间建立统一的联动关系, 最大程度减小噪声干扰所引起的测量精度误差。
图 2 运放采样电路图频率测量电路 1.3 信号频率的变化直接影响到采样的最终精度 ,对于数字交流采样 ,一周波通常需要采集 64 个以上的采样点 , 因此信号采样需要对被测信号的频率进行实时的锁频采样。如图 3 所示输入采样信号与标准信号同时输入到 MSP430 内置的比较器中 , 由比较器输出过零点的方波 , 该方波再经由一阶 RC 低通滤波后与 MSP430 内置定时器的捕获模块连接 , 充分利用 MSP430 内部集成的硬件资源,大大提高了频率测量的精度。
3 系统抗干扰设计
图 4 主程序流程图《PLC 技术应用 200 例》
在实际应用中往往周边环境会比较恶劣,有较多的电磁干扰(EMC),这就需要测量装置在保证测量精度时还应具备很强的抗干扰能力,因此进行了以下抗干扰的设计。 ① 采样输入采用反向二极管,确保输入信号的幅值不超过规定范围。过大的输入或冲击可能导致装置运行不正常。 ② MSP430 的输出功率较小,在信号需要驱动时,需在其外围电路增加驱动芯片,以减小 MSP430 单片机的输出电流,这对于系统稳定运算具有重要意义。 ③ MSP430 未使用的引脚,需将其设置为输入模式,并将该
图 3 MSP430 工频脉冲宽度测量原理图
2.2 交流采样算法在采样数值计算中常用的电量测量交流采样算法有 : 均方根值算法、全波傅氏算法和快速傅立叶变换 FFT 算法。本设计采用均方根值算法,不仅对正弦波有效,也可准确地测量波形畸变的电量,在三相电流和三相电压同时计算时,可有效地减小计算量,并能达到很高的精度。在有功和无功功率等相序计算上 , 可以结合使用基于正弦波模型的半周期积分法进行功率及相序的高精度计算。在需要精度要求高和不需做谐波分析的情况下, 利用该套交流算法并把每周波采样点数控制在 64 点以上, 得到的结果具有较高的可靠性和精度。该计算方法离散化后的计算公式如下: 1 1) 电流有效值: I = ∑ iSOC)2010 年第 26 卷第 10-2 期