一种新型多功能电参数测量仪表的设计

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1、万方数据‘中小型电机)z001．28(4】一种新型多功能电参数测量仪表的设计常州华诚双凯仪器有限公司(213004)曹红青岛海信计算机有限公司王鼍庭摘要本文介绍由Intel80C196KB／Kc实现的多功能电参数参量仪表的设计。该仪表采用新颖的方法．能实现单相和三相交流电压、电流真有效值、功率、功率因数、频率、电能量、电机转速和转矩的测量。叙词参数电压电流传感器ANewTypeofMulti—purposeElectricalParameterTⅥeasuringInstrumentCaoH佃g，W阳gYaotingAbstr扯

2、t：Thepaperintroducesthedesignofmulti—purposeelectricalparametermeasuringinstrumentbyIntel80C196KB／KC．Itcanmeasuresingle—phaseandthree—phasevolt89e，realvirtualvalueofcurrent，power，powerfactor，frequency，energy，speedandtorque．Keyword8：ParameterV。ltageCurrentsensorl前言单片微

3、机的出现．使传统仪表技术发生了革命性的变革。仪表正在朝数字化、智能化、网络化和多功能化的方向飞速发展。测量仪表功能多、精度高、成本低、工艺简单、使用方便，一直是人们追求的目标。高精度、低成本又是仪表设计的难点。本文介绍的多功能电参数测量仪集多功能、高精度、低成本、重量轻、智能化、网络化于一身。较好地解决了高压隔离，高精度电压、电流传感器，小信号放大，高速离散采样，软件积分，软件测量功率因数和频率等难点。2系统设计和测量原理该仪表以Intel80c196KB／KC16位高性能单片机为核心，测量系统框图如图1。利用单片机内的10位高

4、速A／D转换器对电压和电流等信号进行转换和计算，得到电压u、电流J、功率P、功率因数RF、频率F、电能量、转矩等。U一臣蠢÷各主要参数的离散积分公式如下：cos垆=P／UJl一臣蔼jP古善叫图1整机框图为了保证测量的准确，每周期的采样点大于100点，在采样过程中采用了平均法采样，进一步减小了采样误差。实践证明使用lo位A／D转换器，分辨率可高达1／3000。信号频率的测量采用纯软件万方数据种新弛多功能电参散测量仪表的设计‘中小型电机》200lt28(4)测量方法，在采样中断程序中，检测信号的过零次数与采样周期的比值就是频率。中断

5、周期200坶，o．5s一次循环，频率值可精确到o．05Hz。3关键技术的处理3．1信号取样传统的电压和电流取样是采用电压和电流互感器，而高精度互感器价格昂贵，体积大，重量大．固定和安装不方便。互感器本身存在比差和角差．修正困难。本设计采用了高精度的线形光电耦合器件，既实现了对电压和电流的直接取样，消除了取样误差，又实现了和高压的隔离。ER‘图2电压取样电路电流取样电阻R。采用猛铜合金板制成o．1n电阻。3．2电压和电流同步采样的问题很明显，只有保证电压和电流的采样瞬时值是同时的．所得到的功率才是准确的。为此电路中加入了采样保持器

6、电路LF398，其采样保持控制信号均由同一个信号控制。然后由A／D分别转换，保证所得到的结果是同时捌的。图3电流取样电路3．3显示和键盘扫描电路传统的显示大多采用LED数码管，本仪表采用了真空荧光显示器VFD数码管。VFD的优点是亮度高，外观效果好，更加适合工业现场使用。其驱动电路采用PT631l芯片。该芯片除完成显示功能外，还具有键盘扫描功能，可连接48个键，还由5路LED驱动输出，直接驱动LED。该芯片可级联，通过三线串口与C196通讯。显示和键盘扫描不需cPu参与。3．4转速测量电路图4转速取样电路转速传感器采用光电式，整

7、形电路由cD4093组成，信号的检测由单片机的高速输入口完成．在12MHz晶振下，分辨率可达到lps。3．5单片机系统设计为使整个电路高效简洁，本仪表采用了wSI公司的可编程芯片PSD301，该芯片包括了32KEPROM、2KsRAM、PLD和j个Io口，电源监控采用x25043芯片，该芯片内部包含了电压监控、硬件看门狗和512字节的EPROM。因此整个系统设计紧凑、功能强大，成本低廉。3．6外部接口本仪表设计了打印接口、Rs232和485接口。接口芯片采用了MAX232和MAx485。3．7系统软件设计本系统软件主要包括主程序

8、、软件定时器中断(完成A／D转换)、高速输入中断。主程序完成系统初始化，各参数的计算、修正和显示。软件定时器中断程序完成电压、电流瞬时值的采样和A／D转换，电压、电流、功率的积分、信号过零点的计算、以及转矩的A／D转换等。高速输入中断完成转速的测量。图5系统主程