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低压电网多参数数显仪的开发研究

作　者: 郭洪刚
导　师: 万峰
学　校: 河北工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 电力参数电能芯片 ADE7758 AT89S52
分类号: TM935
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

低压电网多参数数显仪是一种对低压电网中传输的三相交流信号进行实时测量的装置,它不仅可对电压有效值、电流有效值、功率、功率因数等参数进行测量,而且可对低压电网中的短路、过流、过压、欠压等异常用电状况进行报警和实施保护,测量数据可通过液晶显示屏直观地查看,并可传送到上位机进行相应地监控与分析。本论文开发的是一种集测量、控制、保护、数字显示和通信为一体的低成本、高精度、高性能的三相电力参数测量装置,它一般应用在低压电网中的供电配电箱和供电监控室里。本论文首先介绍了电力参数测量装置的发展状况,并对目前常用的电力参数测量技术进行了分析比较,随后根据系统的技术要求和功能特点确定了一种电力参数测量装置的总体设计方案。该系统硬件部分采用高精度电能计量芯片ADE7758和高性能单片机AT89S52相结合的电路设计。电能计量芯片ADE7758采集来自电流互感器的电流信号和来自分压电阻的电压信号,通过内部的功能单元进行处理,然后由单片机AT89S52进行数据读取和相应地计算,最后把计算结果存入到外扩铁电存储器中,同时用液晶显示屏进行数据显示,而键盘用来切换不同数据显示以及调整实时时间。单片机AT89S52和PC机采用RS-232C标准总线通信,这样可将下位机与上位机有效地结合在一起,以便实现集中管理和最优控制。软件程序采用功能模块化设计,由主程序和各个服务子程序组成,其中子程序包括电力参数测量、数据存储、数据显示、串口通信等模块。程序设计时利用电能计量芯片ADE7758本身的功能单元进行了自校准和自补偿,从而提高了系统的测量精度。经过多次试验和调试,本论文开发的低压电网多参数数显仪完成了对三相电力参数的测量和显示,并且达到了设计要求。该系统测量精度高、功能多、成本低、人机交互界面友好、易于操作,在可靠性和稳定性加强之后,将有更广阔的应用前景。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-13
  1-1 课题研究的背景和意义  10
  1-2 国内外发展趋势  10-11
  1-3 本课题的主要工作  11
  1-4 本论文的主要研究内容  11-13
第二章数显仪总体方案设计  13-18
  2-1 电力参数测量的基本原理  13-16
    2-1-1 有效值的测量  13-14
    2-1-2 频率的测量  14
    2-1-3 功率和功率因数的测量  14-15
    2-1-4 电能的测量  15-16
  2-2 数显仪结构框图  16-17
  2-3 数显仪的技术指标和基本功能  17
  2-4 本章小结  17-18
第三章数显仪硬件设计  18-31
  3-1 前级输入电路  18-20
    3-1-1 电流互感器  18-19
    3-1-2 电流通道输入电路  19-20
    3-1-3 电压通道输入电路  20
  3-2 电力参数测量电路  20-24
    3-2-1 电能计量芯片的选择  20-21
    3-2-2 ADE7758 的概述  21-22
    3-2-3 ADE7758 的引脚功能描述  22-23
    3-2-4 ADE7758 的外围电路  23-24
  3-3 单片机控制电路  24-25
    3-3-1 单片机AT89S52 简介  24
    3-3-2 AT89S52 和ADE7758 的接口电路  24-25
  3-4 单片机外围电路  25-30
    3-4-1 复位电路  25
    3-4-2 实时时钟电路  25-26
    3-4-3 数据存储电路  26-27
    3-4-4 数据显示电路  27-28
    3-4-5 按键中断电路  28
    3-4-6 串口通信电路  28-29
    3-4-7 继电器保护电路  29-30
  3-5 电源电路  30
  3-6 本章小结  30-31
第四章数显仪软件设计  31-52
  4-1 软件总体设计  31
  4-2 系统初始化  31-32
  4-3 电力参数测量和计算  32-38
    4-3-1 ADE7758 的串行读写操作  32-33
    4-3-2 电流有效值测量  33-34
    4-3-3 电压有效值测量  34-35
    4-3-4 频率测量  35-36
    4-3-5 有功电能测量  36
    4-3-6 无功电能测量  36-37
    4-3-7 视在电能测量  37
    4-3-8 功率计算  37-38
    4-3-9 功率因数计算  38
  4-4 电力参数校准  38-42
    4-4-1 有效值校准  38-39
    4-4-2 功率增益校准  39-40
    4-4-3 相位校准  40-41
    4-4-4 功率偏移校准  41-42
  4-5 数据储存  42-44
  4-6 实时时钟  44-45
  4-7 液晶显示  45-48
  4-8 串口通信  48-50
  4-9 上位机程序设计  50-51
  4-10 本章小结  51-52
第五章系统调试与实验数据  52-55
  5-1 系统调试  52-53
  5-2 实验数据  53-54
    5-2-1 电压有效值测量  53
    5-2-2 电流有效值测量  53
    5-2-3 有功功率测量  53-54
  5-3 误差分析  54
  5-4 本章小结  54-55
第六章结论  55-56
参考文献  56-58
附录 A  58-59
附录 B  59-61
致谢  61

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