学位论文—基于电流互感器的单相交流电流测量系统设计-检测技术与系统课程设计论文.doc

自动检测课程设计南京工程学院课程设计任务书 课 程 名 称 检测技术与系统课程设计 院（系、部、中心） 电力工程学院 专 业 电气工程及其自动化 目录一、 设计要求.1二、 功能要求.1三、 原理及方案论证.1 1、电压互感器的选型及工作原理.1 1.1选型及外形.1 1.2工作原理.1 1.3原理接线图.2 2、AT89C52单片机.3 3、通用A/D转换器.4四、 硬件系统的设计及总体框图.6 1.1 系统仿真接线简图.6 1.2总体框图.7五、小结.8附录1、电路仿真图.8附录2、程序.10南京工程学院课程设计任务书 课 程 名 称 检测技术与系统课程设计 院（系、部、中心） 电力工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 姓 名 起 止 日 期 指 导 教 师 许大宇 1课程设计应达到的目的通过对本课程的设计，使学生掌握常见被测量的检测原理、方法和技术，了解国内外对这些工程量进行测控的系统组建原理，通过对检测系统的设计与分析，增强学生理解和运用所学知识来解决实际问题的能力,逐步掌握根据具体测控要求、性能指标设计出先进测控系统的方法和技术。2课程设计题目及要求题目：基于电压互感器的单相交流电流测量系统设计要求：（1）电流测量范围：05A .AC，检测精度： 0.1A；（2）根据题意，明确被控对象的功能及性能指标；（3）根据系统要求，选择合适的电流传感器（尽量选择实验室中已有的传感器）；（4）设计传感器测量电路；（5）选择单片机的品种、型号，设计单片机的外围测量电路；（6）计算有关的电路参数，有条件的情况下，根据实验室现有设备进行实验数据的测取，明确测量电路输出与被测非电量的关系；（7）画出系统原理框图（此部分放在说明书的开始）；（8）画出系统电路图，最好用PROTEL画；（9）在说明书中详细说明本系统工作原理。3课程设计任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求(1) 给出设计说明书一份；(2) 有条件的情况下尽量给出必要的实验数据；(3) 在说明书中附上完整的系统电路原理图（手画或用PROTEL画）。4主要参考文献1、 李现明，吴皓编著.自动检测技术.北京：机械工业出版社，20092、 徐仁贵.单片微型计算机应用技术.北京：机械工业出版社.20013、 陈爱弟.Protel99实用培训教程.北京：人民邮电出版社.20005课程设计进度安排起 止 日 期工 作 内 容年月日布置设计任务，熟悉课题，查找资料；月日结合测控对象，选择合适的传感器，理解传感器性能；年月日设计传感器测量电路，选择合适的单片机，设计其外围电路；年月日设计电路参数，有条件情况下，在实验室进行实验，进一步理解测量电路输入输出关系；年月日继续设计论证电路参数，完善系统设计方案；年月日查找资料，理解系统各部分工作原理；年月日理清系统说明要点，着手设计说明书的书写；年月 日书写设计说明书，充分理解系统每一部分作用；年月日完善设计说明书，准备设计答辩。年 月 日设计答辩。6成绩考核办法平时表现30%，设计成果40%，答辩表现30%.教研室审查意见：教研室主任签字： 年 月 日院（系、部、中心）意见：主管领导签字： 年 月 日 一、设计目的 基于电压互感器的单相交流电流测量系统的设计（通过单片机对电流的测量）二、功能要求1、数字电流表在平常工作环境中能良好工作；2、能测05A电流，检测精度0.1A；3、A/D转换器的使用和数据采集系统的设计4、电流表能数字显示，且由单片机处理采集数据并驱动LED显示三、原理及方案论证1、电压互感器的选型及工作原理 1.1选型及外形 电压电流的测量选用TVA1421型立式穿芯小型精密交流电压，电流互感器，这种通用型互感器是由两个相同副线圈构成的电流互感器，测量精度高，采用范围宽，也较灵活。1.2工作原理其工作原理与变压器相同，基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。 电压互感器本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。为此，电压互感器的原边接有熔断器，副边可靠接地，以免原、副边绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。 测量用电压互感器一般都做成单相双线圈结构，其原边电压为被测电压（如电力系统的线电压），可以单相使用，也可以用两台接成V-V形作三相使用。实验室用的电压互感器往往是原边多抽头的，以适应测量不同电压的需要。供保护接地用电压互感器还带有一个第三线圈，称三线圈电压互感器 电压互感器。三相的第三线圈接成开口三角形，开口三角形的两引出端与接地保护继电器的电压线圈联接。 正常运行时，电力系统的三相电压对称，第三线圈上的三相感应电动势之和为零。一旦发生单相接地时，中性点出现位移，开口三角的端子间就会出现零序电压使继电器动作，从而对电力系统起保护作用。 线圈出现零序电压则相应的铁心中就会出现零序磁通。为此，这种三相电压互感器采用旁轭式铁心（10KV及以下时）或采用三台单相电压互感器。对于这种互感器，第三线圈的准确度要求不高，但要求有一定的过励磁特性（即当原边电压增加时，铁心中的磁通密度也增加相应倍数而不会损坏）1.3原理接线图2. AT89C52单片机AT89C52 是美国ATMEL 公司生产的低电压，高性能CMOS 8 位单片机，片内含8k bytes 的可反复擦写的只读程序存 储器（PEROM）和256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM ），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产， 与标准MCS-51 指令系统及8052 产品引脚兼容，片内置通用8 位 央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大AT89C52 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。主要性能参数 与MCS-51 产品指令和引脚完全兼容 8k 字节可 擦写Flash 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作：0Hz24MHz 三级加密程序存储器 256 8 字节内部RAM 32 个可编程I O 口线 3 个16 位定时计数器 8 个 断源 可编程串行UART 通道 低功耗空闲和掉电模式 功能特性概述 AT89C52 提供以下标准功能：8k 字节Flash 闪速存储器，256 字节内部RAM，32 个I O 口线，3 个16位定时计数器，一个6 向量两级 断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52 可降至0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。3、通用A/D转换器ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道 A/D 转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。ADC0832 具有以下特点： 8 位分辨率； 双通道 A/D转换； 输入输出电平与 TTL/CMOS 相兼容； 5V 电源供电时输入电压在 05V 之间； 工作频率为 250KHZ，转换时间为 32S； 一般功耗仅为 15mW； 8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装； 商用级芯片温宽为0C to +70C，工业级芯片温宽为- 40C to +85C；芯片接口说明 CS_ 片选使能，低电平芯片使能。 CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/-使用。 CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/-使用。 GND 芯片参考 0 电位（地）。 DI 数据信号输入，选择通道控制。 DO 数据信号输出，转换数据输出。 CLK 芯片时钟输入。 Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。 四、 硬件系统的设计及总体框图五、 1. 系统仿真接线简图 系统仿真接线简图本设计中用到AT89C52单片机、八位ADC AD0832、六位八段显示数码管LED，通用运放 UA741 、必要的电阻、电容元件等。系统原理方框图电路仿真见上图所示。交流电源电压互感器AD转换采样 电路AT89C51LED显示 2、 设计的总体框图 开始写AD0832设置状态设置状态读AD0832读数5除256读数5除25610mA量程0.1A量程C程1A量程10A量程显示译码读数10五、 小结 两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，和同学一起相互探讨，相互学习。体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用，突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。在此感谢我们的许大宇老师，老师严谨细致，一丝不苟的作风一直是我们学习工作中的榜样，您开朗的个性和宽容的态度，帮助我们很顺利的完成了这次的课程设计。同时感谢帮助过我们的同学，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。六、 参考文献1、 李现明，吴皓编著.自动检测技术.北京：机械工业出版社，20092、 徐仁贵.单片微型计算机应用技术.北京：机械工业出版社.20013、 陈爱弟.Protel99实用培训教程.北京：人民邮电出版社.2000附录1.仿真电路图附录2程序#include/包含相应的头文件#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar axs6,azs6,ac10,dc6;void ITOAZ(int num,uchar *p); void ITOAX(int num,uchar *p);float U,U1;sbit CS=P34;/定义数模转换器硬件对应引脚sbit CLK=P35;sbit DO=P36;sbit DI=P37;/*读写AD0832函数*/*/unsigned char ReadADC(unsigned char channel) unsigned char j; unsigned char Temp=0; DI=1; _nop_(); _nop_(); CS=0;/拉低CS端 _nop_(); _nop_(); CLK=1;/拉高CLK端 _nop_(); _nop_(); CLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿1 _nop_(); _nop_(); CLK=1;/拉高CLK端 DI=(channel1)&0x1; _nop_(); _nop_(); CLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿2 _nop_(); _nop_(); CLK=1;/拉高CLK端 DI=channel&0x1; _nop_(); _nop_(); CLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿3 DI=1;/控制命令结束 _nop_(); _nop_(); for(j=0;j8;j+) /处理读入8位数据 CLK=0;_nop_(); Temp=(Temp0;a-)for(i=0;i2;i+); /将浮点数转成函数void ITOC(float f,uchar *c)float zs,xs;int bxs,bzs,i,k=0;xs=modf(f,&zs); /分离整数部分与小数部分函数 if(P3=0XFE) bxs=(int)(xs*100)+0.5); else bxs=(int)(xs*100)+0.5); /小数点后两位有效数字ITOAX(bxs,axs); /把小数部分转换成字符串存入axs数组bzs=(int)zs; /把整数部分转成整型ITOAZ(bzs,azs); /把整数部分转换成字符串存入azs数组 for (i=0;axsi!=s;i+) /把最终结果存入c数组ci=axsi; ci=.;for(k=0,i=i+1;azsk!=s;k+,i+) ci=azsk; if(U0) ci=-; else ci=0xff;ci+1=s;/将整型数转换成对应的void ITOAZ(int num,uchar *p) uchar w,i=0; dow=num%10; /将整型数各位分离，并转换成对应的字符存入a中pi=w; num=num/10;i+;while(num); pi=s;/将小数数部分转换成对应的void ITOAX(int num,uchar *p) uchar w,i=0; dow=num%10; /将整型数各位分离，并转换成对应的字符存入a中pi=w; num=num/10;i+; while(num); while(i2) pi=0;i+; pi=s; w=pi;/显示译码函数void decode(uchar *n,uchar *dn) uchar i;for(i=0; ni!=s;i+) switch( ni) case 0: dni=0x3F;break; case 1: dni=0x06;break; case 2: dni=0x5B;break; case 9: dni=0x6F;break; case 3: dni=0x4F;break; case 4: dni=0x66;break; case 5: dni=0x6D;break; case 6: dni=0x7D;break; case 7: dni=0x07;break; case 8: dni=0x7F;break; case 46: dni=0x80;break; case-:dni=0x40;break; default:dni=0x00;break; dni=s;/*/*/*主换函数*/*/void main(void)uchar i,j,P2_;float A;while(1)U=ReadADC(0)/256.0;switch(P1)case 0xfe:A=U*10*1.025;break; case 0xfd:A=U*100/1.09;break; case 0xfb: A=U*1000;break; default: A=0.0;break;A=10*A;ITOC(A,ac);decode(ac,dc); P2=0XFf; P2_=0Xfe;for(j=0;dcj!=s;j+) P2=0XFf; P0=dcj; P2=P2_; delay(150); P2_=_crol_(P2_,1); /*P2_=1;*/ 17