基于MCS51单片机的交流电功率因数测量
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(5)人工干预模块功能:当 温 度 不 适 合 测 试 时, 人工干预使之达到一个合适的温度。提供4个执行 功 能 :开 始 加 热 、停 止 加 热 、开 始 降 温 、停 止 降 温 。 该 模块 设 计 了 一 个 温 度 监 视 功 能,每 5s对 温 度 进 行 一 次 测 试 ,并 显 示 在 界 面 上 。 程 序 流 程 如 图 6 所 示 。
传统的功率因数测量方法通常是先测量出电压 与电流的相位差(相 对 相 位),或 者 测 量 出 有 功 功 率 和无功功率,然 后 计 算 得 到。 这 种 功 率 因 数 测 量 仪 表结构复杂,可 靠 性 差。 随 着 微 处 理 器 技 术 及 数 字 电子技术的发展,通 过 简 单 的 硬 件 电 路 就 可 以 较 好 地满足电子系统功率因素在线测量和计算的要求。 本文所介绍的基于 单 片 机 的 功 率 因 数 测 量 方 法,电 路实现简单,易于对 测 量 数 据 进 行 处 理 和 与 其 它 设 备通信。 1 系统硬件设计
信号的正负过零点 对 应。 产 生 的 两 个 TTL 方 波 脉 冲作为单片机的 两 个 外 部 中 断 源。 当I9N99T00中 断 有 效时定时器 T0开始定时计数,当I9N99T01中 断 有 效 时 关闭 T0定时器。此时,T0 中 的 值 便 是 与 相 位 差 相 对应的计数值。
若将 CTC 的 GATE 置 1,同 时 需 要 TRx=1、 I9N99T0x=1,才 能 启 动 CTC。 这 样 在 设 置 TR0=1 后 ,只 有 当I9N99T00=1 时 ,CT0 才 能 进 入 定 时/计 数 工 作状态。如果设置 CT0工作在定 时 状 态,将 一 个 方 波脉冲送到芯片的I9N99T00引 脚,则I9N99T00=0 时,CT0 将处在禁止工作状态。只有当I9N99T00=1 后,CT0 才 进 入 定 时 工 作 状 态 。 当 方 波 脉 冲 从 “1”电 平 进 入 “0” 后,CT0又处在禁止工作状态。此时统计 CT0在 定 时工作期间 计 数 的 值,就 可 测 出 在I9N99T00端 输 入 方 波脉冲的脉宽值了。
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3 软件实现
图3 44780显示模块与微处理器连接电路示意图
内还不给 MAX813“喂 狗 信 号”,它 就 会 产 生 看 门 狗 输 出 ,系 统 复 位 。
2 测量原理
通过电压互感器和电流互感器得到低压交流信
号,然后通 过 整 形 电 路 将 交 流 信 号 转 换 为 TTL 方 波脉冲。方波的上升沿和下降沿分别与振荡正弦波
图2 输入整形电路
1.2 通信接口模块 以 太 网 接 口 模 块 选 用RTL8019AS全 双 工 以 太
网控制器。该接口模块自带16KB 的 SRAM,并通 过 RJ5接口与以太 网 通 信。 数 据 的 流 向 为:请 求 信 息从以 太 网 来,通 过 RJ45 送 到 RTL8019AS,处 理 后的数据 包 送 入 AT89C51 协 议 栈,由 协 议 栈 对 数 据包进行解析,得 到 原 始 请 求 信 息。 请 求 信 息 再 经 过 AT89C51 的 处 理,产 生 回 复 信 息。 回 复 信 息 到 以太网的过程与上述过程正好相反。 1.3 LCD 显示模块
Keywords:ACpowerfactor,measurement,microprocessor,MCS-51
0 引言 随着电力电子装置在煤矿上的应用日益广泛,
电网的谐波污染 问 题 也 越 来 越 严 重。 此 外,电 力 电 子装置较低的功率因素也对电网的运行产生不利影 响 。 因 此 ,在 电 力 系 统 和 工 业 生 产 中 ,功 率 因 数 的 在 线精确检测对电量计算及无功功率补偿计算十分重 要。
社 ,2001. [3] 张宇河,金 钰.计算机控制技术[M].北 京:北 京 理 工
大 学 出 版 社 ,1996. [3] 陶永华.新型 PID 控制 及 其 应 用 [M].北 京:机 械 工 业
出 版 社 ,2000.
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工矿自动化
2005 年 12 月
A MeasurementSystemofACPowerFactorBasedon MCS-51 Microprocessor
50
回复时间
4 TIME
字符型
50
测试时间
5 FINISH
字符型
30
检测结果
6 XINGHAO
字符型
30
继电器型号
(4)参数设置模块功能:用 于 设 置 系 统 参 数,并 将其保存在一个 文 件 中。 设 置 的 参 数 内 容 有:继 电 器产 品 型 号、测 试 类 型 (TRUE-常 开 型,FALSE常闭型)、动作温 度、动 作 温 度 偏 差,回 复 温 度、回 复 温度偏差。
------------------------------------------------库查询采用 ADO 方式,用 VBSQL 语言编写程序。 产提供了可能。
表1 数据库字段定义
序号
字段名
数据类型 字段宽度 说明
1 TD
字符型
5
通道号
2 BEGIN- WD
字符型
50
动作时间
3 RUTERN- WD 字符型
参考文献:
[1] 胡汉才.单片机原 理 及 其 接 口 技 术 [M].北 京:清 华 大 学 出 版 社 ,1995.
[2] 李 华.MCS-51系列单片机使用接口技术[M].北 京: 北 航 出 版 社 ,1993.
[3] 求是科技.单片机典 型 模 块 设 计 实 例 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 航 [M].北 京: 人 民 邮 电 出 版 社 ,2004.
煤矿 的 工 作 环 境 通 常 具 有 强 烈 的 电 磁 干 扰,为 了防止 干 扰,引 入 了 看 门 狗 电 路。 采 用 MAX813L 芯 片 。该 芯 片 具 有 监 控 电 路 ,如 果 程 序 在1.6s之
2005 年 第 6 期
乔巨忠:基于 MCS-51单片机的交流电功率因数测量
系统主程序框图如图7所示。
3 结语
使 用 本 系 统 以 后 ,产 品 质 量 的 控 制 得 到 了 保 证 , 提 高 了 产 品 的 可 靠 性 和 检 测 效 率 ,为 实 现 大 批 量 生
图6 人工干预温度 程序框图
图7 系统主程序框图
参考文献:
[1] 张锡富.传感器[M].北京:机械工业出版社,2001. [2] 张国雄,金篆 芷.测 控 电 路 [M].北 京:机 械 工 业 出 版
系 统 采 用 44780 驱 动 的 LCD。 HD44780 (KS0062)为 大 规 模 点 阵 LCD 控 制 器 (兼 带 驱 动 器),和4位/8 位 微 处 理 器 相 连,能 使 点 阵 LCD 显 示 大 小 写 英 文 字 母 、数 字 和 符 号 等 丰 富 的 信 息 ,同 时 有较强的通 用 性。44780 显 示 模 块 有 8 条 数 据 线、 3条控制线,可与微处理器或微 控 制 器 相 连,连 接 电 路如图3所示。 1.4 看门狗电路
第6期 2005 年 12 月
工矿自动化
Industryand MineAutomation
文 章 编 号 :1671-251X(2005)06-0087-03
No.6 Dec.2005
基于 MCS-51单片机的交流电功率因数测量
乔巨忠
(同煤集团机电管理处,山西 大同 037003)
摘要:文章阐述了基于 MCS-51的功率因数检测和控制的实现,其中包括系统硬件和软件设计。 实践表 明 该 方 法 简 单 可 靠 、精 度 高 。
交流电周期为0.02s,则1/4 周期 为 5 ms。 当 选用12 MHz的晶振时,单片机的机器周期为1ns, 则 在 1/4 周 期 内 ,T0 的 计 数 值 将 在0～5000。 而 交 流电压与电流的相 位 差 与 时 间 成 正 比,也 与 计 数 值 成正比,因此可得到功率 因 数 与 T0 计 数 值 的 关 系, 即:功率因 数 在 0～1,计 数 值 的 范 围 为 4999～0。 但是在 感 性 负 载 时,两 个 下 降 沿 间 隔 时 间 超 过 了 5ms,此时的处理 方 法 是:20000- 计 数 值,便 得 到 与相位差所对应的计数值。为在编程时便于查表显 示,在允 许 的 误 差 范 围 (+1%)内 将 0～90º间 的 角 度值平均分成100 等 份,求 出 了 各 角 度 值 所 对 应 的 计数值并制作了计数值与功率因数对照表。本系统 主程序的编写框图如图5所示。
号隔离、波形变 换 和 相 角 修 正。 为 了 消 除 测 量 端 电
压 、电 流 互 感 器 结 构 上 的 差 异 而 产 生 的 输 出 电 压 、电 流 附 加 移 相 角 ,需 要 采 用 电 压 、电 流 霍 尔 变 送 器 隔 离 (其 跟 随 电 网 电 压 或 负 载 电 流 的 变 化 时 间 仅 为 1µs),以保 证 相 角 差 的 实 时 测 量 精 度。 在 LM393 的输 入 端 加 了 两 个 IN4108 稳 压 二 极 管,起 保 护 作用。
图4 中断响应时序图
关 键 词 :交 流 电 功 率 因 数 ;测 量 ;单 片 机 ;MCS-51
中 图 分 类 号 :TM714
文 献 标 识 码 :B
收 稿 日 期 :2005-08-09 作 者 简 介 :乔 巨 忠 (1962- ),男 ,工 程 师 ,现 在 大 同 煤 矿 集 团 机 电 管 理 处 工 作 ,研 究 方 向 为 电 机 电 器 控 制 及 电 力 电 子 技 术 。
图1是以 MCS-51单片机为核心的功率 因 数 测 量系统硬 件 结 构 图。 该 测 量 系 统 主 要 由 电 流 互 感 器、变压器、整 形 电 路、修 正 电 路、MCS-51 单 片 机、 LCD 显示器和通信接口等组成。
图1 系统硬件框图
1.1 输入整形电路 输入 整 形 电 路 如 图 2 所 示,主 要 功 能 是 完 成 信
本系统中断触发方式为脉冲下降沿触发方式,
且外部中断0优先级高于外 部 中 断 1。 单 片 机 开 机 后等 待 外 部 中 断I9N99T00及I9N99T01,当I9N99T01中 断 响 应 时,定 时 器/计 数 器 T0 开 始 计 数。 当I9N99T00中 断 响 应后,定 时 器/计 数 器 T0 停 止 计 数,时 序 图 如 图 4 所 示 。T0 的 计 数 值 与 相 位 差 φ 成 正 比 ,单 片 机 处 理 T0 的 计 数 值 后 即 可 得 到 交 流 电 的 功 率 因 数 。
QIAOJu-zhong (DatongCoalMineGroupCo.,LTD.,Datong037003,China)
Abstract:Thispaperillustratedthemeasurementandcontrolsystemofpowerfactorbasedon MCS-51 microprocessor,includingitshardwareandsoftwaredesign.Runningresultsshowedthatitissimple, credibleandprecise.
4 结语
图5 系统软件流程图
本文介绍了基于单片机的交流电功率因数检测 系统。 实 践 运 行 表 明:该 系 统 结 构 简 单,操 作 简 单, 成 本 低 ;可 靠 性 高 ,抗 干 扰 能 力 强 ;运 算 速 度 快 ,精 度 和 实 时 性 都 能 满 足 要 求 ;有 通 信 接 口 ,便 于 大 系 统 集 成。
传统的功率因数测量方法通常是先测量出电压 与电流的相位差(相 对 相 位),或 者 测 量 出 有 功 功 率 和无功功率,然 后 计 算 得 到。 这 种 功 率 因 数 测 量 仪 表结构复杂,可 靠 性 差。 随 着 微 处 理 器 技 术 及 数 字 电子技术的发展,通 过 简 单 的 硬 件 电 路 就 可 以 较 好 地满足电子系统功率因素在线测量和计算的要求。 本文所介绍的基于 单 片 机 的 功 率 因 数 测 量 方 法,电 路实现简单,易于对 测 量 数 据 进 行 处 理 和 与 其 它 设 备通信。 1 系统硬件设计
信号的正负过零点 对 应。 产 生 的 两 个 TTL 方 波 脉 冲作为单片机的 两 个 外 部 中 断 源。 当I9N99T00中 断 有 效时定时器 T0开始定时计数,当I9N99T01中 断 有 效 时 关闭 T0定时器。此时,T0 中 的 值 便 是 与 相 位 差 相 对应的计数值。
若将 CTC 的 GATE 置 1,同 时 需 要 TRx=1、 I9N99T0x=1,才 能 启 动 CTC。 这 样 在 设 置 TR0=1 后 ,只 有 当I9N99T00=1 时 ,CT0 才 能 进 入 定 时/计 数 工 作状态。如果设置 CT0工作在定 时 状 态,将 一 个 方 波脉冲送到芯片的I9N99T00引 脚,则I9N99T00=0 时,CT0 将处在禁止工作状态。只有当I9N99T00=1 后,CT0 才 进 入 定 时 工 作 状 态 。 当 方 波 脉 冲 从 “1”电 平 进 入 “0” 后,CT0又处在禁止工作状态。此时统计 CT0在 定 时工作期间 计 数 的 值,就 可 测 出 在I9N99T00端 输 入 方 波脉冲的脉宽值了。
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3 软件实现
图3 44780显示模块与微处理器连接电路示意图
内还不给 MAX813“喂 狗 信 号”,它 就 会 产 生 看 门 狗 输 出 ,系 统 复 位 。
2 测量原理
通过电压互感器和电流互感器得到低压交流信
号,然后通 过 整 形 电 路 将 交 流 信 号 转 换 为 TTL 方 波脉冲。方波的上升沿和下降沿分别与振荡正弦波
图2 输入整形电路
1.2 通信接口模块 以 太 网 接 口 模 块 选 用RTL8019AS全 双 工 以 太
网控制器。该接口模块自带16KB 的 SRAM,并通 过 RJ5接口与以太 网 通 信。 数 据 的 流 向 为:请 求 信 息从以 太 网 来,通 过 RJ45 送 到 RTL8019AS,处 理 后的数据 包 送 入 AT89C51 协 议 栈,由 协 议 栈 对 数 据包进行解析,得 到 原 始 请 求 信 息。 请 求 信 息 再 经 过 AT89C51 的 处 理,产 生 回 复 信 息。 回 复 信 息 到 以太网的过程与上述过程正好相反。 1.3 LCD 显示模块
Keywords:ACpowerfactor,measurement,microprocessor,MCS-51
0 引言 随着电力电子装置在煤矿上的应用日益广泛,
电网的谐波污染 问 题 也 越 来 越 严 重。 此 外,电 力 电 子装置较低的功率因素也对电网的运行产生不利影 响 。 因 此 ,在 电 力 系 统 和 工 业 生 产 中 ,功 率 因 数 的 在 线精确检测对电量计算及无功功率补偿计算十分重 要。
社 ,2001. [3] 张宇河,金 钰.计算机控制技术[M].北 京:北 京 理 工
大 学 出 版 社 ,1996. [3] 陶永华.新型 PID 控制 及 其 应 用 [M].北 京:机 械 工 业
出 版 社 ,2000.
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工矿自动化
2005 年 12 月
A MeasurementSystemofACPowerFactorBasedon MCS-51 Microprocessor
50
回复时间
4 TIME
字符型
50
测试时间
5 FINISH
字符型
30
检测结果
6 XINGHAO
字符型
30
继电器型号
(4)参数设置模块功能:用 于 设 置 系 统 参 数,并 将其保存在一个 文 件 中。 设 置 的 参 数 内 容 有:继 电 器产 品 型 号、测 试 类 型 (TRUE-常 开 型,FALSE常闭型)、动作温 度、动 作 温 度 偏 差,回 复 温 度、回 复 温度偏差。
------------------------------------------------库查询采用 ADO 方式,用 VBSQL 语言编写程序。 产提供了可能。
表1 数据库字段定义
序号
字段名
数据类型 字段宽度 说明
1 TD
字符型
5
通道号
2 BEGIN- WD
字符型
50
动作时间
3 RUTERN- WD 字符型
参考文献:
[1] 胡汉才.单片机原 理 及 其 接 口 技 术 [M].北 京:清 华 大 学 出 版 社 ,1995.
[2] 李 华.MCS-51系列单片机使用接口技术[M].北 京: 北 航 出 版 社 ,1993.
[3] 求是科技.单片机典 型 模 块 设 计 实 例 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 航 [M].北 京: 人 民 邮 电 出 版 社 ,2004.
煤矿 的 工 作 环 境 通 常 具 有 强 烈 的 电 磁 干 扰,为 了防止 干 扰,引 入 了 看 门 狗 电 路。 采 用 MAX813L 芯 片 。该 芯 片 具 有 监 控 电 路 ,如 果 程 序 在1.6s之
2005 年 第 6 期
乔巨忠:基于 MCS-51单片机的交流电功率因数测量
系统主程序框图如图7所示。
3 结语
使 用 本 系 统 以 后 ,产 品 质 量 的 控 制 得 到 了 保 证 , 提 高 了 产 品 的 可 靠 性 和 检 测 效 率 ,为 实 现 大 批 量 生
图6 人工干预温度 程序框图
图7 系统主程序框图
参考文献:
[1] 张锡富.传感器[M].北京:机械工业出版社,2001. [2] 张国雄,金篆 芷.测 控 电 路 [M].北 京:机 械 工 业 出 版
系 统 采 用 44780 驱 动 的 LCD。 HD44780 (KS0062)为 大 规 模 点 阵 LCD 控 制 器 (兼 带 驱 动 器),和4位/8 位 微 处 理 器 相 连,能 使 点 阵 LCD 显 示 大 小 写 英 文 字 母 、数 字 和 符 号 等 丰 富 的 信 息 ,同 时 有较强的通 用 性。44780 显 示 模 块 有 8 条 数 据 线、 3条控制线,可与微处理器或微 控 制 器 相 连,连 接 电 路如图3所示。 1.4 看门狗电路
第6期 2005 年 12 月
工矿自动化
Industryand MineAutomation
文 章 编 号 :1671-251X(2005)06-0087-03
No.6 Dec.2005
基于 MCS-51单片机的交流电功率因数测量
乔巨忠
(同煤集团机电管理处,山西 大同 037003)
摘要:文章阐述了基于 MCS-51的功率因数检测和控制的实现,其中包括系统硬件和软件设计。 实践表 明 该 方 法 简 单 可 靠 、精 度 高 。
交流电周期为0.02s,则1/4 周期 为 5 ms。 当 选用12 MHz的晶振时,单片机的机器周期为1ns, 则 在 1/4 周 期 内 ,T0 的 计 数 值 将 在0～5000。 而 交 流电压与电流的相 位 差 与 时 间 成 正 比,也 与 计 数 值 成正比,因此可得到功率 因 数 与 T0 计 数 值 的 关 系, 即:功率因 数 在 0～1,计 数 值 的 范 围 为 4999～0。 但是在 感 性 负 载 时,两 个 下 降 沿 间 隔 时 间 超 过 了 5ms,此时的处理 方 法 是:20000- 计 数 值,便 得 到 与相位差所对应的计数值。为在编程时便于查表显 示,在允 许 的 误 差 范 围 (+1%)内 将 0～90º间 的 角 度值平均分成100 等 份,求 出 了 各 角 度 值 所 对 应 的 计数值并制作了计数值与功率因数对照表。本系统 主程序的编写框图如图5所示。
号隔离、波形变 换 和 相 角 修 正。 为 了 消 除 测 量 端 电
压 、电 流 互 感 器 结 构 上 的 差 异 而 产 生 的 输 出 电 压 、电 流 附 加 移 相 角 ,需 要 采 用 电 压 、电 流 霍 尔 变 送 器 隔 离 (其 跟 随 电 网 电 压 或 负 载 电 流 的 变 化 时 间 仅 为 1µs),以保 证 相 角 差 的 实 时 测 量 精 度。 在 LM393 的输 入 端 加 了 两 个 IN4108 稳 压 二 极 管,起 保 护 作用。
图4 中断响应时序图
关 键 词 :交 流 电 功 率 因 数 ;测 量 ;单 片 机 ;MCS-51
中 图 分 类 号 :TM714
文 献 标 识 码 :B
收 稿 日 期 :2005-08-09 作 者 简 介 :乔 巨 忠 (1962- ),男 ,工 程 师 ,现 在 大 同 煤 矿 集 团 机 电 管 理 处 工 作 ,研 究 方 向 为 电 机 电 器 控 制 及 电 力 电 子 技 术 。
图1是以 MCS-51单片机为核心的功率 因 数 测 量系统硬 件 结 构 图。 该 测 量 系 统 主 要 由 电 流 互 感 器、变压器、整 形 电 路、修 正 电 路、MCS-51 单 片 机、 LCD 显示器和通信接口等组成。
图1 系统硬件框图
1.1 输入整形电路 输入 整 形 电 路 如 图 2 所 示,主 要 功 能 是 完 成 信
本系统中断触发方式为脉冲下降沿触发方式,
且外部中断0优先级高于外 部 中 断 1。 单 片 机 开 机 后等 待 外 部 中 断I9N99T00及I9N99T01,当I9N99T01中 断 响 应 时,定 时 器/计 数 器 T0 开 始 计 数。 当I9N99T00中 断 响 应后,定 时 器/计 数 器 T0 停 止 计 数,时 序 图 如 图 4 所 示 。T0 的 计 数 值 与 相 位 差 φ 成 正 比 ,单 片 机 处 理 T0 的 计 数 值 后 即 可 得 到 交 流 电 的 功 率 因 数 。
QIAOJu-zhong (DatongCoalMineGroupCo.,LTD.,Datong037003,China)
Abstract:Thispaperillustratedthemeasurementandcontrolsystemofpowerfactorbasedon MCS-51 microprocessor,includingitshardwareandsoftwaredesign.Runningresultsshowedthatitissimple, credibleandprecise.
4 结语
图5 系统软件流程图
本文介绍了基于单片机的交流电功率因数检测 系统。 实 践 运 行 表 明:该 系 统 结 构 简 单,操 作 简 单, 成 本 低 ;可 靠 性 高 ,抗 干 扰 能 力 强 ;运 算 速 度 快 ,精 度 和 实 时 性 都 能 满 足 要 求 ;有 通 信 接 口 ,便 于 大 系 统 集 成。