1、2017年全國大學生電子設計競賽單相用電器分析監測裝置（k題）【本科組】2017年8月12日摘要：本設計以互感器做為監測中心，運用ADC080敏現數模（A/D）轉換。利用單片機做為控制中心并進行邏輯運算處理數據，從而實現單相用電器分析監測。本設計用于測試并儲存各單件電路在各種狀態下用于識別電器并顯示出用電器的工作狀態。電路中有用電器工作時，互感器產生互感電壓經過整流降壓之后將數字信號轉入ADC080舛，ADC0809字數字信號轉化為模擬信號轉給單片機進行處理，最后節果顯示于顯示頻上。特點：本產品是根據互感電路的方式來實現電流的檢測，它結構簡單可靠，壽命較長，價格較低，便于維護。關鍵詞：單相檢測

2、互感器檢測用電器監測目錄1方案的選擇與設計原理方案的比較與選擇方案一：串電阻檢測電流可以選擇一個歐的精密電阻，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，這種做法可以實現測電流但是誤差比較大。優點：電路結構清晰，成本低，實時性好，精度較高。缺點：溫漂較大，測量誤差較大，無隔離效果，量程較大時，需要分多個擋來處理結果，容易受地的干擾。方案二：霍爾電流傳感器測量電流輸入為電流輸出為電壓，測量結果精度和線性度都比較高，測量范圍有一定的限制。使用ACS712K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，MAX47懷用外加電源供電，但是電流測量范圍只在03A

3、該電流測量范圍不符合監測基本要求。方案三：電流互感器檢測電流理想電流互感器兩側的額定電流大小和它們的繞組匝數成反比。并且常數為K。K=I1/I2=N1/N2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接近于短路狀態。因此對電能的消耗量較小。優點：結構簡單可靠，壽命較長，便于維護。價格較低。缺點：不能用于高頻檢測，但可用于市區電檢測。綜合三個方案，經比較發現，方案三更適合用于單相用電器分析監測，故米用方案三。方案設計運用電流互感器檢測電路中的電流，利用整流電路將220v交流電轉化為直流電實現單相用電器分析監測。采用大規模集成電路ADC0809®現數模（A/D）

4、轉換，就是把模擬量信號轉換成對應的數字量信號。數字信號傳入單片機進行數據處理及控制，然后通過顯示屏顯示具體的電流值及各電性參數。能達到理想精確值。工作流程圖檢測電路設計見圖一：檢測電路當一次繞組中有電流1I通過時，一次繞組的磁動勢11產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出電動勢2E。如果二次繞接有負載，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22I產生磁通，這個磁通絕大部分也是經過鐵芯而閉合。因此鐵芯中的磁通是由一、二於緬勺磁動勢共同產生的合成磁通？為主磁通。根據磁動勢平衡原理可以得到I1N1+I2N2=I10N1I10N1勵磁動勢。電流互感器

5、兩側的額定電流大小和它們的繞組匝數成反比。并且常數為K。K=I1/I2=N2/N1運用電流互感器檢測電路中的電流、功率和電能大小。特征參量設計設計要求及思路設計要求：電路電流范圍一。設計思路：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化為直流電，再采用大規模集成電路ADC080實現數模（A/D）轉換，把模擬量信號轉換成對應的數字量信號。數字信號傳入單片機進行數據處理，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。參量設計所使用的互感器的匝數比為I1/I2=N2/N1=850/10。半波整流電路由于二極管的單向導電作用，使流過負載電阻的電流為脈動電流，電壓

6、也為一單向脈動電壓，其電壓的平均值（輸出直流分量）為=土而以粹既雙誨）=U2=0一45%流過負載的平均電流為流過二極管D的平均電流（即正向電流）為Z-/-=0.45心乩%加在二極管兩端的最高反向電壓為%=聞由于傳入ADC080SJ勺基準電壓LRef=5V,因此利用電阻降壓到5V。輸出電壓公式DUin2%ref其中：Uin為輸出電壓；Uref為基準電壓；D為輸出二進制代碼對應的十進制數，該路模擬電壓轉換為8位二進制代碼3硬件電路設計與程序設計硬件電路設計檢測整流電路見圖二：檢測整流電路互感器將一次系統的高電壓，大電流變換為二次測的低電壓（標準值），小電流（標準值），使測量，計量儀表和繼電器等裝置

7、標準化，小型化，并降低了對二次設備的絕緣要求。采用整流電路具有單向導電性能的整流元件，將正負交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。在白動測量和控制系統中，利用濾波電路進行模擬信號的處理，用于數據傳送，抑制干擾。利用78LDS電阻對直流電進行降壓，穩壓得到理想的直流電。選用ADC0809單片機AT89C51數模（A/D）轉換電路圖見附件2數模（A/D）轉換電路圖模數（A/D）轉換原理數模（A/D）轉換，就是把模擬量信號轉換成對應的數字量信號。單片機AT89C51電路設計見圖三：單片機AT89C51電

8、路單片機是由運算器，控制器，主要寄存器組成。具有執行各項邏輯運算，指令控制等功能。運用單片機處理數據信息及調控顯示時間。程序設計見附件34測量結果分析測量列表：頻率為用電器電流電壓范圍（V）二進制代碼顯示用電希最大值最小值機頂盒00001011Thesettopbox無線路由器00001101routerUSB充電器（帶負載）00011110Usbcharger熱水壺Thewaterneater電風扇00011010Electricfan存在測量誤差：由于使用不同的測量電器其內阻不同。因此所得到的電壓值范圍有所偏移。數模（A/D）轉換得到二進制代碼，經過單片機控制響應時間不大于2,及識別代碼從

9、而識別用電器類型。通過顯示器直接顯示電源線上的電特征參數，電器的種類及其工作狀態。隨機增加用電器（電風扇，US晚電器（帶負載）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。用電阻白制一件最小電流的用電器，可以識別的最小電流值為。參考文獻：余孟嘗.數字電子技術基礎簡明教程（第三版）高等教育出版社2006年7月楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程（第三版）高等教育出版社2006年5月侯殿有.單片機C語言程序設計北京：人民郵電出版社2010年11月孫煥銘.51單片機C程序應用實例詳解北京航空航天大學出版社2011年3月附件1:電路總圖PlUTOigimiFAJi'upiHm7：HP.g岬

10、HHiWg卻Pij-sF斗F?W.FHJtgF.4M3J以心彳加土qMift-frfift.liTC-w，iF7.Li|Rn1弋:*3421mIS*£七ITAtCA*4LbMODEM£泌UEvRErpfte?-C_JCIc-."MEJVTxlI'i>UT4(HIVrMih»iir>uTa見圖一：檢測電路1M4Wt"T見圖二：檢測整流電路見圖三：單片機AT89C51電路圖附件2:數模（A/D）轉換電路圖矣1專T±IMDCLOCK<INI5TAFTIQIWEOCIM4IMSOUI1IWOU12IM7ou*nOUT

11、44D0,OU15aDOEOU164D0COUT7ALEOJT8VREF4)VREFi.)OE附件2:調試結果圖程序附錄:#include<>#include<>#include<>#include<>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitST=P3A0;sbitOE=P3A1;sbitEOC=P3A2;sbitCLK=P3A3;sbitlcdrs=P2A0;sbitlcdrw=P2A1;sbitlcden=P2A2;voiddelayms(uintz);/延時1ms函數uintADC

12、_convert();/ADC轉換voidinit();/液晶初始化voidwrite_com(ucharcom);/1602寫指令voidwrite_date(uchardate);/1602寫數據voidRefresh_show();/刷新顯示voidLCD_display(uchar*str);/輸出字符串uintdat_adc0808;uchardisplay_buffer16=("Currentvoltage:",("(vol)="；ucharcodetable1=("noElectric"/14ucharcodetable

13、2=("JIANCEDIANLU"/11ucharcodetable3=("i=2mARouter"ucharcodetable4=("i=4mAUSBcharger"ucharcodetable5=("i=190mAEleFAN"ucharcodetable6=("i=40mALEDLight"ucharcodetable7=("i=6600mAW-Herter"/*&&&&&&&&&&&

14、;&&&&&1602寫指令函數&&&&&&&&&&&&&&&&*/voidwrite_com(ucharcom)lcdrs=0;lcdrw=0;lcden=0;P1=com;delayms(5);lcden=1;delayms(5);lcden=0;/*&&&&&&&&&&&&&&&1602寫指令結束&

15、&&&&&&&&&&&&&&&&&*/*%6%0數據函數%*/voidwrite_date(uchardate)lcdrs=1;lcdrw=0;lcden=0;P1=date;delayms(5);lcden=1;delayms(5);6%0lcden=0;/*%0%數慵結束%*/*液晶初始化*/voidLCD_init()ucharnum;write_com(0x38);/初始化顯示模塊設置write_com(0x0c);/顯示光標write_com(0x0

16、6);/當讀或寫一個字符后地址指針加1,且光標加1write_com(0x01);/顯示清屏write_com(0x80);/不顯示光標for(num=0;num<10;num+)/顯示table1="POWEROURCE有十四個字write_date(table1num);delayms(10);write_com(0x80+0x40);/指針設置這里讓他第二行開始顯示for(num=0;num<16;num+)/table2="welcome"/11write_date(table2num);delayms(10);/*液晶初始化結束*/*模數轉換

17、并用于顯示顯示*/uintADC_convert()while(1)ST=0;ST=1;ST=0;等待轉換結束while(1)(CLK=!CLK;if(EOC=1)break;/OE=1;dat_adc0808=P0;OE=0;returndat_adc0808;/*模數轉換結束*/*&&&&&&&&&&&&蜘顯示函數&&&&&&&&&&&&&&&&&&*/

18、voidRefresh_show()uintt=dat_adc0808*256;display_buffer17=t/100+'0'display_buffer19=t/10%10+'0'display_buffer110=t%10+'0'/*&&&&&&&&&&&&&a顯示函數結束&&&&&&&&&&&&&&&&&a

19、mp;&&*/*lcd顯示字符串*/voidLCD_display(uchar*str)(uchari;for(i=0;i<strlen(str);i+)(write_date(stri);delayms(5);/*lcd顯示字符串結束*/*#延時1ms子函數#*/voiddelayms(uintz)(uintx,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=125;y>0;y-);/*#延時1ms子函數結束#*/voidmain()(ucharnum;LCD_init();while(1)(ADC_convert();Refresh_show();write

20、_com(0x80);LCD_display(display_buffer1);Refreshlshowo;dQayms(5)；wri(Dlcom(oxcsif(disp-aylbuffe三=7HH48)QO(disp-aylbuffea=9lln50)QO(disp-aylbuffea=k0lln5k)-(disp-aylbuffers=0lln52)-(disp-aylbuffe二u=0llH53)-(disp_aylbuffea=k0llH54)fosumnanumAk6num+)=削洙wri(Dlda(D(arb(D3【numD;dQayms(20)二)if(disp-aylbuffe三=7HH48)QO(disp-aylbuffea=9lln53)QO(disp-aylbuffea=k0lln53)