基于单片机的多功能功率因数测量仪设计开题报告.doc

(完整word)基于单片机的多功能功率因数测量仪设计开题报告

辽宁工程技术大学

本科毕业设计(论文）开 题 报 告

题 目 基于单片机的多功能功率因数测量仪设计
指 导 教 师 李 季
院(系、部） 电气与控制工程学院
专 业 班 级 智控13—1班
学 号 1305110124
姓 名 于 桐
日 期 2017.03。12

教务处印制

一、选题的目的、意义和研究现状
一、目的和意义
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.利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号，其频率底线很低.具有线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高,抗干扰能力强，用途广泛等优点,并且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要求。
多功能功率因数测量仪将多个电能参数形成一体化仪表后，只携带一个仪表就能完成电压、电流、相位、功率、功率因数等多种功能真正做到全面准确地反映用电系统的电能质量。该仪器可以广泛适用于电力系统及相关行业继电保护和计量专业、工矿企业、石油化工、冶金企业的二次回路检查。它的出现简化了操作员的工作，同时也带来相当的经济和社会效益。
二、研究现状
随着生产的发展及社会的进步,电力在生产、生活中的重要也越来越明显.以前我们可能对电力的质量感到满意，但毫无疑问，现在的工厂、办公室、医院以及其他公用设施都依赖高质量的电力来保证其电子和电气设备的正常工作。尤其在电力系统及工矿企业中，电压表、钳位电流表、相位表、频率表、频谱分析仪等仪表广泛被应用，常规的电工仪表不论是数字式的还是模拟式的测试重点一般都放在直流电流、直流电压、交流电流、交流电压和频率的测量上。而电网中的谐波含量越来越高，将直接影响发供电设备的安全和优质运行,有可能增加电网发生谐振的可能,从而产生过电压或过电流，降低电网的可靠性:增加电网损失，降低了电气设备的效率和利用率；加速设备的绝缘老化,缩短设备的使用寿命，降低电能质量;影响继电保护、计算机、测量和计量仪器以及通信系统的正常运行等,所以准确分析电能的参数是非常必要的，这将反映整个电网的电力质量。

二、研究方案及预期结果
一、研究方案
测量仪器的基本功能是完成对被测量物理参数进行实时测量,通过信号变换电路将采样信号变换成一定的标准信号，再将这个标准信号进行显示记录。通常，测量仪器可分为三部分：参数测量部分、信号调理部分、显示记录部分。其中，参数测量部分由传感器来完成，这一部分在测量仪器中被称为一次测量仪表；而信号调理部分和显示记录部分统称为测量仪器的二次仪表。对测量仪器的设计是指对仪器的机械结构、电路结构进行设计或选配，包括对一次仪表和二次仪表的设计或选配，以满足仪器的设计要求。所谓设计思路是指提出一个设计方案，通过对该设计方案的实施可以满足设计要求或技术指标。通常为了提出设计方案，首先要分析技术指标的要求,然后设计总体框架，再根据框架进行模块划分，认真研究设计中的重点问题,最终提出整个的设计方案.该仪器以AT89C51作为主控制器,系统把取样采集电路得来的信号分别通过放大、整流，再将其传到A／D转换，把模拟量转换为数字量，将得到的数字信号送入单片机中分析处理，经过数据处理，进行数值积分，可得到变压器副边电压值、电源的频率，并送到外部显示单元显示，并通过外接按键控制显示和数据保持。整个系统主要包括电源电路、信号采集电路、整形电路、A／D转换电路、数字器件接口电路、液晶显示接口电路等等.
总设计结构框图如图一所示:

单片机
最小系统

AT89C51
单片机

显示电路

报警系统

A
/
D转换电路

整形电路

电压
/
电流采样

电源电路

键盘电路

图一.总设计框图
Figure 1. General design block diagram

二、预期结果
采用单片机技术,将之应用于仪表上，不仅使该仪表在应用灵活、功能上更完备,而且能使该仪表最终以较高的性价比投入市场，以满足目前各个用电部门对高准确度的测量仪表的大量需求。只有中国有了自己的产品，国外的同类产品才会降价，这样在带来明显的经济效益的同时，由于其价格比国外同类产品低，还能为国家节省大量的外汇，具有良好的市场前景。预期结果包括以下三点：
1。测量仪应当能集电压表、电流表、功率表、相位表、功率因数表于一体。
2.仪器应当能够以数字的方式实时显示测量过程中各电气参数变化情况,以便使用者读取测量数据。
3。测量仪的使用者应当能够通过“按键”控制测量仪启动对被测参数的测量，同时能够通过“按键”人为的终止测量，当测量没有被人为终止的情况下,测量仪器可以在测量一段时间后终止测量。

三、研究进度
1-4周 毕业实习，查找设计资料,撰写开题报告，开题答辩。
5—6周 选择传感器测量电压、电流。
7—8周 数据处理
9—10周 人机交互电路设计
11—12周 软件程序框图，部分程序设计
13—14周 论文定稿，书写
15-16周 论文修改，整理，输出
四、主要参考文献
【l】杨振坤，刘晓晖，刘晔编著，电工技术西安：西安交通大学出版社，2002．3
【2】付家才，电工实验与实践高等教育出版社，2004．8
【3】程佩青，数字信号处理教程。北京：清华大学出版社,1995
【4】胡广书，数字信号处理一一理论、算法与实现，北京：清华大学出版社，1997
【5】郑君里，信号与系统，高等教育出版社，1991
【6】杨忠等,浅谈电子仪器的发展,国外电子测量技术，1996，l:PP5-7
【7】刘荣，DSP技术的现状及发展，电子技术应用,1994．4
【8】刘松强,数字信号处理系统及应用，北京：清华大学出版社,1996
【9】清源科技编著，TMS320LF240xDSP应用程序设计教程，北京：机械工业出版社，2003 7
【10】江思敏，等编著．TMS320LF240xDSP硬件开发教程．北京：机械工业出版社，200311］．
【11】李朝青，单片机原理及接口技术，北京：北京航空航天大学出版社2001．1
【12】李华主编，MCS．51系列单片机实用接口技术,北京：北京航空航天大学出版社，1993
【l3】刘慧英，景芳，宁飞，基于内藏T6963C控制器的液晶模块的DSP软硬件实现,机械与电子,2006．1
【14】AD7859 12bit Microprocessor-Compatible A／D Converter Datasheet,Analog Devices Products 1997
【15】CY7C1021 64K x 16 Static RAM Datasheet,Cypress Products 1998

五、指导教师意见

指导教师签字：