电量数据采集系统设计

《控制系统》课程设计

课题：电量数据采集仪

系别：电气与电子工程系

专业：自动化

姓名：

学号：

指导教师：

2011 年1 月7 日

成绩评定·

一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。

二、评分（按下表要求评定）

课程设计成绩评定

一、设计目的

设计一种电量数据采集仪用于实现电压、电流交替显示，如果单独查看电压或电流，可以通过安检控制查看电压或电流。

二、设计要求

1、绘制多电量采集系统结构框图。

2、实现电压、电流的交替显示。

3、若单独查看电压或电流，可以通过安检控制查看电压或电流。

三、系统设计

一、总体设计

系统结构框图

本设计是AT89C51单片机控制的电量检测系统。其工作原理是：先由电量传感器采集数据，启动A／D转换，后将数据读入单片机中进行运算并显示，即由数据采集，数据分析和数据处理三部分完成。

本设计中，控制系统的控制器有单片机AT89C51为核心，系统采用WB1414AS1（交流电流传感器）和WBV1414AS3﹝交流电压传感器﹞对电流和电压进行数据采集，并输出标准电流4mA～20mA，WB1414AS1、WBV1414AS3具有新型电磁隔离，高精度变送等优点。AT89C51单片机控制AD0809进行模数转换，数据经过单片机的运算，输出结果，并把结果在4位8段数码管上显示。

二、硬件电路设计

1、WB系列交流电量传感器

传感器型号及技术指标

采用WBV413AS3﹝交流电压传感器﹞和WB1414AS1﹝交流电流传感器﹞对电

流和电压进行数据采集。

WBV141AS3技术指标：

输入规格：10V～1000V AC

输出规格：4mA～20mA

响应时间: 250MS

负载能力：6V

静态功耗：50MW

供电电源：+12或+24

其他指标：（1）线性范围：0～120%标称输入

（2）输入频响：25～5K

（3）环境条件：0℃～+50℃

WB1414AS1技术指标：

输入规格：5A～50A

输出规格：4mA～20mA

精度等级：0.5级

响应时间：300ms

负载能力：6V

静态功耗：800mW

供电电源：+12或+24

其他指标：（1）线性范围：0～120%标称输入

（2）输入频响：25Hz～5kHz，特别适合工频至中频

（3）环境条件：0℃～+50℃。

2、控制电路的设计

（1）单片机的选择

本设计选用AT89C51单片机.

AT89C51的极限参数：工作温度: -55℃to+125℃；储藏温度：-60℃to+150℃；任一引脚对地电压：-1.0℃to+7.0℃；最高工作电压：6.6V；直流输出电压：15.0mA。（2）模数转换部分的设计

A／D转换器的种类繁多，工作原理各异，但逐次比较型A／D转换器是应用较多的类型之一，其原因是该类型的A／D转换器转换速度快、精度高。因此本次设计

选用一款逐次比较型A／D转换器ADC0809.

被采样的电压、电流信号分两路进入ADC0809进行模数转换，写信号WR和P2.7控制ADC0809的地址锁存和转换器，即当START上升沿时，所有内部寄存器清零；下降沿时，开始进行A／D转换，在转换期间，START应保持低电平。EOC 通过非门连接到AT89C51的INTO脚，可通过查询方式来检测转换是否完成。当EOC 为高电平时，表明转换结束，否则表明正在进行A／D转换，即ECO=1时，读信号RD和P2.7控制的ADC0809的OE信号即控制三条锁存器向单片机输出转换得到的数据。

ADC0809引脚图

通道选择表

（3）键盘输入部分

在此系统中，查看电压、电流只需要两个按键，比较简单，所以就采用独立式按键接口电路。

3、 LED显示部分设计

LED的动态显示方式

在多位LED显示时，为了简化硬件电路，通常将所有位的段选线相应的并联在一起，有一个8位I/O控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O线控制，实现各位的分时选通。其中段选线占用一个8位I/O口，而位选段占用一个4位I/O口。由于各位的段选线并联，段码的输出对各位来说都是相同的，因此，同一时刻，如果各位位选线都处于选通状态的话，4位LED将显示相同的字符。若要将各位LED能够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，同时段选线上输出相应位要显示字节的段码。在确定LED不同位显示的时间间隔，不能太短，因为发光二极管从导通到发光有一定的延迟，导通时间太短，发光太弱人眼无法看清。但也不能太长，因为毕竟要受限于临界闪烁频率，而且此时间越长，占用CPU时间也越多，另外，显示位增多，也将占用大量的CPU时间，因此动态显示实质是以牺牲CPU时间换取元就爱你的减少。

LED静态显示方式

LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极﹝或共阳极﹞连接在一起并接地（或+5V）；每位的段选码（a～dp）分别与一个8位的锁存器输出相连，所以称为静态显示。各个LED的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，知道显示另一个字符为止。也正因为如此，静态显示器的亮度都较高。这种显示方式接口编程容易，付出的代价是占用口线较多，若用I／O接口，则要占用4个8位口，若用锁存器接口，则要4片74HC595芯片。如果显示器位数较多，则静态显示方式更是无法适应，因此在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。

由于本系统只涉及到4位显示输出，就采用了4片8位移位寄存器串级使用的LED静态显示方式。

三、软件系统设计

1主程序流程图