文档介绍：数字式工频有效值多用表
摘要:本次设计的数字式工频有效值多用表可同时对工频交流电的电压有效值、电流有效值、有功功率、功率因数的有效值等电量进行测量。该仪表以单片机C8051F020最小系统为核心,实现了测量的控制、数据保持、数据分析处理、显示和量程自动转换等功能。还用到了FFT算法和积分算法,由于采用模块化设计,本仪表硬件系统具有良好的可升级性和扩展性。
关键字:电量测量 FFT算法积分算法
Abstract:The design of digital multimeters RMS industrial frequency and voltage frequency alternating current thanked the RMS, current RMS, active and power, power factor such as the effective value of power measurements. This instrument to monolithic integrated circuit
C8051F020 minimum system as the core, realize the measurement control, data analysis/processing, display and range automatic conversion etc. Function. Also use the FFT algorithm and integrating algorithm, because use the modular design, this instrument hardware system has good scalability and expansibility.
Key words: power measurement FFT algorithm integral algorithm
目录
1、方案论证 4
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(工频信号周波内) 5
基于时域分析的积分法 6
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4软件流程图 8
5 系统调试及测试分析 9
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参考文献 11
附录一:元器件清单 11
附录二:整体电路图 13
1、方案论证
方案一:一种传统的方案,完全由信号的整形变换处理电路和多种测量仪表组合而成,其中包括测电压、电流的表头、功率表头等等。这种方案不仅电路复杂,也不方便显示观察。
方案二:具有运算功能单元的系统,比如以单片机为核心的数据采集、变换、运算处理、显示为一体的系统电路,显然有软件算法的支持,不仅电路简单,而且方便修改,也易数字显示,更容易掌握。:
电压信号
减法器
显
示
器
加直流偏置
单
片
机
C8051F020
A
/
D
转化器
减法器
加直流偏置
电流信号
A
/
D
转化器
键
盘
IIC
扩展存储器
综上所述,设计选用的是方案二。
方案一:因为要测出功率值,所以一个周期内要对交流电压、电流信号同时取样采点。用单片机对信号进行测量时,程序运行需要占用时间,因而不能对电压、电流信号进行同时测量,只能分开测量,先在一个周期测电压值,再在下一个周期测电流值。方案电路简单,全部通过软件实现。但所测值与实际值有误差。因为所测电压、电流信号部位同步信号,功率值也有误差。
方案二:由于测量功率是要对电压、电流信号进行同时测量,可采用保持器LF398对信号进行双路保持,,进行测量时,单片机先对电压信号进行转化,而此时电流信号被送到保持器进行保持,等待电压信号处理完毕。这种方案可以满足对电压、电流信号进行同时测量,并且减小了系统带来的误差。
综上所述,设计采用了方案二。
(工频信号周波内)
根据奈奎斯特采样定理,在信号频率变化时若都能保证对信号周波内等间隔、均匀采样60点,这样采用FFT算法不仅能满足工频交流电测量的要求,而且也可以对普通信号的30次以下谐波