單相用電器分析監(jiān)測裝置畢業(yè)論文

1、<p>　　大學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計）</p><p>　　單相用電器分析監(jiān)測裝置</p><p>　　2017年8月12日</p><p>　　摘要：本設(shè)計以互感器做為監(jiān)測中心，運用ADC0809實現(xiàn)數(shù)模（A / D）轉(zhuǎn)換。利用單片機做為控制中心并進行邏輯運算處理數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)單相用電器分析監(jiān)測。本設(shè)計用于測試并儲存各單件電路在各種狀態(tài)下用于識別電器并顯示出

2、用電器的工作狀態(tài)。</p><p>　　電路中有用電器工作時，互感器產(chǎn)生互感電壓經(jīng)過整流降壓之后將數(shù)字信號轉(zhuǎn)入ADC0809中，ADC0809將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號轉(zhuǎn)給單片機進行處理，最后節(jié)果顯示于顯示頻上。</p><p>　　特點：本產(chǎn)品是根據(jù)互感電路的方式來實現(xiàn)電流的檢測，它結(jié)構(gòu)簡單可靠，壽命較長，價格較低，便于維護。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單相檢測

3、互感器檢測 用電器監(jiān)測</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 方案的選擇與設(shè)計原理2</p><p>　　1.1 方案的比較與選擇2</p><p><b>　　1.2方案設(shè)計3</b></p><p>　　2檢測電路設(shè)計及理論分析4<

4、;/p><p>　　2.1檢測電路設(shè)計4</p><p>　　2.2特征參量設(shè)計4</p><p>　　2.2.1設(shè)計要求及思路4</p><p>　　2.2.2參量設(shè)計5</p><p>　　3 硬件電路設(shè)計與程序設(shè)計6</p><p>　　3.1硬件電路設(shè)計6</p>

5、<p>　　3.1.1檢測整流電路6</p><p><b>　　4測量結(jié)果分析7</b></p><p>　　附件1：電路總圖8</p><p>　　附件2：調(diào)試結(jié)果圖11</p><p>　　1 方案的選擇與設(shè)計原理</p><p>　　1.1 方案的比較與選擇</p&

6、gt;<p>　　方案一：串電阻檢測電流</p><p>　　可以選擇一個0.5歐的精密電阻，連接到電路中用差分放大電路采集電阻的電壓差，對電壓差放大求出電流，這種做法可以實現(xiàn)測電流但是誤差比較大。</p><p>　　優(yōu)點：電路結(jié)構(gòu)清晰，成本低，實時性好，精度較高。</p><p>　　缺點：溫漂較大，測量誤差較大，無隔離效果，量程較大時，需要分多個

7、擋來處理結(jié)果，容易受地的干擾。</p><p>　　方案二：霍爾電流傳感器測量電流</p><p>　　輸入為電流輸出為電壓，測量結(jié)果精度和線性度都比較高，測量范圍有一定的限制。使用ACS712芯片電路比較簡單，測量的電流范圍較大。相比于ACS712電路比較簡單，MAX471不用外加電源供電，但是電流測量范圍只在0~3A。該電流測量范圍不符合監(jiān)測基本要求。</p><p

8、>　　方案三：電流互感器檢測電流</p><p>　　理想電流互感器兩側(cè)的額定電流大小和它們的繞組匝數(shù)成反比。并且常數(shù)為K。K=I1/I2=N1/N2</p><p>　　電流互感器的一次電流取決于一次性電路的電壓和阻抗。電流互感器的工作狀態(tài)接近于短路狀態(tài)。因此對電能的消耗量較小。</p><p>　　優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單可靠，壽命較長，便于維護。價格較低。<

9、/p><p>　　缺點：不能用于高頻檢測，但可用于市區(qū)電檢測。</p><p>　　綜合三個方案，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，方案三更適合用于單相用電器分析監(jiān)測，故采用方案三。</p><p><b>　　1.2方案設(shè)計</b></p><p>　　運用電流互感器檢測電路中的電流，利用整流電路將220v交流電轉(zhuǎn)化為直流電實現(xiàn)單相用電器分析監(jiān)

10、測。采用大規(guī)模集成電路ADC0809實現(xiàn)數(shù)模（A / D）轉(zhuǎn)換,就是把模擬量信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量信號。數(shù)字信號傳入單片機進行數(shù)據(jù)處理及控制，然后通過顯示屏顯示具體的電流值及各電性參數(shù)。能達到理想精確值。</p><p><b>　　工作流程圖</b></p><p>　　2檢測電路設(shè)計及理論分析</p><p><b>　　2.1檢

11、測電路設(shè)計</b></p><p><b>　　見圖一：檢測電路</b></p><p>　　當(dāng)一次繞組中有電流1 I通過時，一次繞組的磁動勢11產(chǎn)生的磁通絕大部分通過鐵芯而閉合，從而在二次繞組中感應(yīng)出電動勢2E。如果二次繞接有負(fù)載，那么二次繞組中就有電流2I通過，有電流就有磁動勢，所以二次繞組中由磁動勢2 2I產(chǎn)生磁通，這個磁通絕大部分也是經(jīng)過鐵芯而閉合

12、。因此鐵芯中的磁通是由一、二次繞組的磁動勢共同產(chǎn)生的合成磁通? 為主磁通。根據(jù)磁動勢平衡原理可以得到</p><p>　　I1N1+I2N2=I10N1</p><p>　　I10N1——勵磁動勢。</p><p>　　電流互感器兩側(cè)的額定電流大小和它們的繞組匝數(shù)成反比。并且常數(shù)為K。K=I1/I2=N2/N1</p><p>　　運用電流互

13、感器檢測電路中的電流、功率和電能大小。</p><p><b>　　2.2特征參量設(shè)計</b></p><p>　　2.2.1設(shè)計要求及思路</p><p>　　設(shè)計要求：電路電流范圍0.005—10.0A。</p><p>　　設(shè)計思路：由互感器測量電流值（運用K=I1/I2=N2/N1），運用整流電路將交流電轉(zhuǎn)化為直

14、流電，再采用大規(guī)模集成電路ADC0809實現(xiàn)數(shù)模（A / D）轉(zhuǎn)換,把模擬量信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量信號。數(shù)字信號傳入單片機進行數(shù)據(jù)處理，然后通過顯示屏顯示具體的電壓值和電流值及各電性參數(shù)。</p><p><b>　　2.2.2參量設(shè)計</b></p><p>　　所使用的互感器的匝數(shù)比為I1/I2=N2/N1=850/10。</p><p>

15、　　半波整流電路由于二極管的單向?qū)щ娮饔?使流過負(fù)載電阻的電流為脈動電流,電壓也為一單向脈動電壓,其電壓的平均值（輸出直流分量）為</p><p>　　流過負(fù)載的平均電流為</p><p>　　流過二極管D的平均電流（即正向電流）為</p><p>　　加在二極管兩端的最高反向電壓為</p><p>　　由于傳入ADC0809的基準(zhǔn)電壓URE

16、F＝5V，因此利用電阻降壓到5V。</p><p><b>　　輸出電壓公式</b></p><p>　　其中：為輸出電壓；為基準(zhǔn)電壓；D為輸出二進制代碼對應(yīng)的十進制數(shù)，該路模擬電壓轉(zhuǎn)換為8位二進制代碼。</p><p>　　3 硬件電路設(shè)計與程序設(shè)計</p><p><b>　　3.1硬件電路設(shè)計</b

17、></p><p>　　3.1.1檢測整流電路</p><p>　　見圖二：檢測整流電路</p><p>　　互感器將一次系統(tǒng)的高電壓，大電流變換為二次測的低電壓（標(biāo)準(zhǔn)值），小電流（標(biāo)準(zhǔn)值），使測量，計量儀表和繼電器等裝置標(biāo)準(zhǔn)化，小型化，并降低了對二次設(shè)備的絕緣要求。</p><p>　　采用整流電路具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交

18、替的正弦交流電整流成為單向的脈動電，再用濾波器將輸入或輸出經(jīng)過過濾而得到純凈的直流電。對特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除。在自動測量和控制系統(tǒng)中，利用濾波電路進行模擬信號的處理，用于數(shù)據(jù)傳送，抑制干擾。</p><p>　　利用78LDS和電阻對直流電進行降壓，穩(wěn)壓得到理想的直流電。</p><p>　　選用ADC0809，單片機AT89C51</p><p

19、>　　3.1.2數(shù)模（A / D）轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　見附件2數(shù)模（A / D）轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　3.1.3模數(shù)（A / D）轉(zhuǎn)換原理</p><p>　　數(shù)模（A / D）轉(zhuǎn)換,就是把模擬量信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量信號。</p><p>　　3.1.4單片機AT89C51電路設(shè)計</p><

20、p>　　見圖三：單片機AT89C51電路</p><p>　　單片機是由運算器，控制器，主要寄存器組成。</p><p>　　具有執(zhí)行各項邏輯運算，指令控制等功能。運用單片機處理數(shù)據(jù)信息及調(diào)控顯示時間。</p><p><b>　　3.2程序設(shè)計</b></p><p><b>　　見附件3</b&

21、gt;</p><p><b>　　4測量結(jié)果分析</b></p><p>　　測量列表:頻率為5.5KHZ</p><p>　　存在測量誤差：由于使用不同的測量電器其內(nèi)阻不同。因此所得到的電壓值范圍有所偏移。</p><p>　　數(shù)模（A / D）轉(zhuǎn)換得到二進制代碼，經(jīng)過單片機控制響應(yīng)時間不大于2，及識別代碼從而識別用

22、電器類型。通過顯示器直接顯示電源線上的電特征參數(shù)，電器的種類及其工作狀態(tài)。</p><p>　　隨機增加用電器（電風(fēng)扇，USB充電器（帶負(fù)載）和熱水壺同時使用），可以實時指示用電器的類別和工作狀態(tài)。</p><p>　　用電阻自制一件最小電流的用電器，可以識別的最小電流值為0.001mA。</p><p><b>　　參考文獻：</b><

23、/p><p>　　[1]余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第三版）高等教育出版社2006年7月</p><p>　　[2]楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第三版）高等教育出版社2006年5月</p><p>　　[3]侯殿有.單片機C語言程序設(shè)計 北京：人民郵電出版社2010年11月</p><p>　　[4]孫煥銘.51單片機C程序應(yīng)用實例詳

24、解 北京航空航天大學(xué)出版社2011年3月</p><p><b>　　附件1：電路總圖</b></p><p><b>　　見圖一：檢測電路</b></p><p>　　見圖二：檢測整流電路</p><p>　　見圖三：單片機AT89C51電路圖</p><p>　　附件2：

25、數(shù)模（A / D）轉(zhuǎn)換電路圖</p><p><b>　　附件2：調(diào)試結(jié)果圖</b></p><p><b>　　程序附錄:</b></p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#include <intrins.h></p>&

26、lt;p>　　#include <stdio.h></p><p>　　#include <string.h> </p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　sbit ST=P3^0;<

27、;/p><p>　　sbit OE=P3^1;</p><p>　　sbit EOC=P3^2;</p><p>　　sbit CLK=P3^3;</p><p>　　sbit lcdrs=P2^0;</p><p>　　sbit lcdrw=P2^1;</p><p>　　sbit lcden=P

28、2^2;</p><p>　　void delayms(uint z); //延時1ms函數(shù)</p><p>　　uint ADC_convert(); //ADC轉(zhuǎn)換</p><p>　　void init(); //液晶初始化</p><p>　　void write_com(uchar com); //1602寫指令&

29、lt;/p><p>　　void write_date(uchar date); //1602寫數(shù)據(jù)</p><p>　　void Refresh_show();//刷新顯示</p><p>　　void LCD_display(uchar *str); //輸出字符串</p><p>　　uint dat_adc0808;</p&g

30、t;<p>　　uchar display_buffer[][16]={</p><p>　　{"Current voltage:"},</p><p>　　{" (vol)=0.00V"}</p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar

31、code table1[]={" no Electric "};//14</p><p>　　uchar code table2[]={" JIAN CE DIAN LU "};//11</p><p>　　uchar code table3[]={"i=2mA Router "};</p><p&g

32、t;　　uchar code table4[]={"i=4mA USB charger"};</p><p>　　uchar code table5[]={"i=190mA Ele FAN "};</p><p>　　uchar code table6[]={"i=40mA LED Light"};</p><

33、;p>　　uchar code table7[]={"i=6600mA W-Herter"};</p><p><b>　　//</b></p><p>　　/*&&&&&&&&&&&&&&&& 向1602寫指令函數(shù)

34、 &&&&&&&&&&&&&&&&*/</p><p>　　void write_com(uchar com)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　lcdrs=0;<

35、;/b></p><p><b>　　lcdrw=0;</b></p><p><b>　　lcden=0;</b></p><p><b>　　P1=com;</b></p><p>　　delayms(5);</p><p><b>

36、　　lcden=1;</b></p><p>　　delayms(5);</p><p><b>　　lcden=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*&&&&&&&&&&am

37、p;&&&&& 向1602寫指令結(jié)束 &&&&&&&&&&&&&&&&&&*/</p><p>　　/*%%%%%%%%%%%%%向1602寫數(shù)據(jù)函數(shù)%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/</p><p&

38、gt;　　void write_date(uchar date)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　lcdrs=1;</b></p><p><b>　　lcdrw=0;</b></p><p><b>　　lcden=0;&

39、lt;/b></p><p><b>　　P1=date;</b></p><p>　　delayms(5);</p><p><b>　　lcden=1;</b></p><p>　　delayms(5);</p><p><b>　　lcden=0;<

40、;/b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%向1602寫數(shù)據(jù)結(jié)束%%%%%%%%%%%%%%%%%*/</p><p>　　/***************液晶初始化**********************/</p><p>　　void L

41、CD_init()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar num;</p><p>　　write_com(0x38);//初始化 顯示模塊設(shè)置</p><p>　　write_com(0x0c); //顯示光標(biāo)</p><p>　　write_com(0x0

42、6);//當(dāng)讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加1，且光標(biāo)加1</p><p>　　write_com(0x01); //顯示清屏 </p><p>　　write_com(0x80); //不顯示光標(biāo)</p><p>　　for(num=0;num<10;num++)//顯示 table1[]={" POWER SOURCE "} 有

43、十四個字</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_date(table1[num]);</p><p>　　delayms(10);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　write_com(0x80+0x40);

44、 //指針設(shè)置 這里讓他第二行開始顯示</p><p>　　for(num=0;num<16;num++) // table2[]={" welcome "};//11</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_date(table2[num]); </p><

45、;p>　　delayms(10);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/******************液晶初始化結(jié)束*******************/</p><p>　　/*******************模數(shù)

46、轉(zhuǎn)換并用于顯示顯示*********/</p><p>　　uint ADC_convert()</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>&

47、lt;b>　　ST=0;</b></p><p><b>　　ST=1;</b></p><p><b>　　ST=0;</b></p><p>　　while(1){CLK=!CLK;if(EOC==1)break;}//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束</p><p><b>　　OE=

48、1;</b></p><p>　　dat_adc0808=P0;</p><p><b>　　OE=0;</b></p><p>　　return dat_adc0808 ;</p><p><b>　　} }</b></p><p>　　/***********

49、**模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束**********************/</p><p>　　/*&&&&&&&&&&&&&&刷新顯示函數(shù)&&&&&&&&&&&&&&&&&&am

50、p;*/</p><p>　　void Refresh_show() </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　uint t=dat_adc0808*500.0/256;</p><p>　　display_buffer[1][7]=t/100+'0';</p><

51、;p>　　display_buffer[1][9]=t/10%10+'0';</p><p>　　display_buffer[1][10]=t%10+'0';</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*&&&&&&&&&

52、amp;&&&&&&刷新顯示函數(shù)結(jié)束&&&&&&&&&&&&&&&&&&&*/</p><p>　　/***************lcd顯示字符串*******************/</p>&l

53、t;p>　　void LCD_display(uchar *str)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　for (i=0;i<strlen(str);i++ )</p><p><b>　　{<

54、;/b></p><p>　　write_date(str[i]);</p><p>　　delayms(5);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***************lcd顯示字符串結(jié)束**

55、*****************/ </p><p>　　/*############### 延時1ms子函數(shù)################*/</p><p>　　void delayms(uint z) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint x,y;</b

56、></p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=125;y>0;y--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*##############延時1ms子函數(shù)結(jié)束################*/</p><p&g

57、t;　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar num;</p><p>　　LCD_init();</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b>&l

58、t;/p><p>　　ADC_convert(); </p><p>　　Refresh_show();</p><p>　　write_com(0x80);</p><p>　　LCD_display(display_buffer[1]);</p><p>　　Refresh_show(); </p>&l

59、t;p>　　delayms(5);</p><p>　　write_com(0xC0);</p><p>　　if ((display_buffer[1][7]==48)&(display_buffer[1][9]==50)&((display_buffer[1][10]==51)|(display_buffer[1][10]==52)|(display_buffer

60、[1][10]==53)|(display_buffer[1][10]==54)) )</p><p>　　{ for(num=0;num<16;num++)//顯示</p><p>　　{ write_date(table3[num]);</p><p>　　delayms(20); } }</p><p>　　if ((

61、display_buffer[1][7]==48)&(display_buffer[1][9]==53)&((display_buffer[1][10]==53)|(display_buffer[1][10]==54)|(display_buffer[1][10]==55)|(display_buffer[1][10]==56))|(display_buffer[1][10]==57) )</p><

62、;p>　　{ for(num=0;num<16;num++)</p><p>　　{ write_date(table4[num]);</p><p>　　delayms(20); }</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if ((display_buffer[1][7]==52)&

63、amp;(display_buffer[1][9]==54)&((display_buffer[1][10]==51)|(display_buffer[1][10]==52)|(display_buffer[1][10]==53)|(display_buffer[1][10]==54))|(display_buffer[1][10]==55) )</p><p>　　{ for(num=0;num<

64、;16;num++)</p><p>　　{ write_date(table7[num]);</p><p>　　delayms(20); }</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if ((display_buffer[1][7]==48)&(display_buffer[1][9]=

65、=53)&((display_buffer[1][10]==48)|(display_buffer[1][10]==49)|(display_buffer[1][10]==50)|(display_buffer[1][10]==51))|(display_buffer[1][10]==52) )</p><p>　　{ for(num=0;num<16;num++)</p><

66、p>　　{ write_date(table5[num]);</p><p>　　delayms(20); }</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if ((display_buffer[1][7]==48)&(display_buffer[1][9]==48)&((display_buffer[

67、1][10]==48) ) )</p><p>　　{ for(num=0;num<16;num++)</p><p>　　{ write_date(table1[num]);</p><p>　　delayms(20); }</p><p><b>　　}</b></p><p><