智能电量测量系统的设计_王祖强

智能电量测量系统的设计

王祖强,葛　敏,王照君

(山东大学,山东　济南　250100)

摘　要:介绍了一种基于AT89C52单片机开发的智能电量测量系统。该系统具有精确测量、数字显示、A/D转换、超限报警、多样累计及打印等功能。着重介绍了系统的硬件组成与软件设计。

关键词:单片机;测量;电量;A/D转换

中图分类号:TM933 文献标识码:A 文章编号:1001-3474(2002)06-0263-03 Design of Intelligent Electricity-Measure System

WA NG Zu-qiang,GE Min,WANG Zhao-jun

(Shandong University,Ji′nan　250100,China)

A bstract:Introduce an intelligent electricity-measure system based on AT89C52computer on slice.The system has accurate measurement,digit display,A/D change,warning over limit,accurnulative total and print-ing functions.Introduce emphatically hardwar e compsition and software desigh of the system.

key words:Computer on slice;Mesaurement;Electricity;A/D change

Document Code:A Article ID:1001-3474(2002)06-0263-03

近年来,单片机被广泛地应用到工业控制和各种测量仪表中。智能化的仪器仪表是传统的仪器仪表发展的必然方向。本文介绍的是一种智能化电量测量系统,该系统主要采用了单片机控制、仪表放大、隔离驱动、数字显示、A/D转换、、算术平均算法以及看门狗监控等技术。与同类系统相比,该系统具有功能多、成本低、功耗低、调试方便、控制精确、抗干扰能力强等优点。

1　系统的主要功能特性

1.1　测量功能

本系统可以分别对输入的电压、电流量进行采样,然后将其转换成数字量,转换精度为0.01V和0.01kA。并根据转换后的电压、电流值计算出当时的功率,计算结果也保留到小数点后两位。

1.2　累计功能

系统还可以分别对电压、电流及功率值进行两种形式的累计:一种是日累计,即从当日零时起开始累计;还有一种是长期累计,即系统开始运行时便进行累计。1.3　显示功能

共有14个数码管。其中6个用来显示日期和时间,每一分钟内显示日期5s,其余显示时间;另外8个用来显示电压、电流、功率及其积累值,每一分钟内显示电压值5s,其余显示电流值,但若按下键盘上的显示转换键,则按照电压、电流、功率、电压累计值、电流累计值、功率累计值(即电能)的顺序各显示5s。

1.4　设置功能

可以对日期、时间以及电压、电流的上下限值进行设定,并在设置过程中闪烁显示正在设置的部分。

1.5　报警功能

当输入量越限时,相应的蜂鸣器响,并且发光二极管也随之亮起,直至输入量恢复正常。

1.6　加密功能

操作人员只有在正确输入密码后,才可进行各项操作,并且此密码可修改,其位数也可任意选择。

1.7　打印功能

本系统可完成两种形式的打印功能:一种是瞬

263

第23卷第6期2002年11月 电子工艺技术

Electronics Process Technology

时打印,即只要按下键盘上的打印键,立刻进行打印操作;另一种是定时打印,即每小时打印一次。打印结果是以表格的形式列出当时的时间、电压、电流、功率及其累计值。2　系统组成

智能电量测量系统的硬件电路主要由单片机、键盘、显示、报警、打印和信号预处理等部分组成。其硬件电路结构框图如图1所示

。

图1　系统硬件结构框图

2.1　AT89C52单片机及DS12887芯片简介

AT89C52单片机系美国Atmel 公司产品,与MCS -51系列兼容,其工作电压范围宽(2.7V ～6.0V ),自带可重复编程1000次的8kB Flash 程序存储器,具有256字节的内部RAM ,且提供了三级加密方式;DS12887是专用时钟/日历芯片,它内有一锂电池,无外部供电时仍能工作,此外它内部还有114字节的具有掉电保护功能的用户字节,可作为单片机的片外ROM 使用。2.2　键盘

键盘采用2×4的8位薄膜键盘,8个键分别表示打印、设置电压、设置电流、设置日期时间、循环显示、+1、-1和确认。2.3　显示驱动电路

采用两片美国MAXIM 公司生产的串行LED 显示驱动芯片MAX7219驱动14位LED ,如图2所示,MAX7219是一串行输出共阴极显示驱动芯片,它采用了3线输入/输出接口方式与单片机直接连接,无需外接任何外围元器件,电路设计和调试非常方便。在本系统中,单片机每隔一段时间就发送要显示的数据,MAX7219在不需要单片机干预的情况下,自行将锁存器中的数据调出来,经译码、放大后驱动数码管循环显示,直到单片机下次再串行地送另一组数据时,MAX7219才修改锁存器的内容,从而改变

数码管的显示结果。

2.4　A /D 转换电路

本系统中的A /D 转换由I CL7135芯片实现。ICL7135是MAXIM 公司生产的高精度位412位C MOS 双积分型A /D 转换器,提供±20000的计数分辨率具有双极性高阻抗差动输入、自动调零和超量程判别等功能。其输出是动态分时的B CD 码,不仅很容易与各种显示驱动芯片相连,而且提供控制转换端和状态输出端,方便与微处理器的接口。2.5　信号预处理电路

因所测电压范围为0V ～200V ,电流范围为0kA ～500kA ,而本系统中7135的模拟电压单端输入范围为0V ～5V ,因此首先通过运算放大器将其转换至合适的幅值范围,同时用电压量表示电流量。然后再通过单通道模拟多路复用器74HC4051将两路模拟量交替送入A /D 转换器7135。

图2　数码驱动显示电路

2.6　电源电路

本系统由220V 交流电供电,经变压、整流、滤波等变换后共产生5个所用电压。所用电源电路如图3所示。

图3　电源电路图3　软件实现

本系统所用软件是采用MCS51汇编语言编写的单片机程序,其结构采用模块化设计,主要由主程序模块及多个子程序模块组成。下面简要介绍各主

264 电子工艺技术 第23卷第6期