單片機(jī)-功率因數(shù)的測(cè)量-實(shí)習(xí)報(bào)告

西安科技大學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院:電氣與控制工程學(xué)院專業(yè)名稱:測(cè)控技術(shù)與儀器0801設(shè)計(jì)題目:功率因數(shù)的測(cè)量姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師:功率因數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)功能功率因數(shù)是供用點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要參數(shù)，它是衡量電力系統(tǒng)是否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)，所以準(zhǔn)確測(cè)量功率因數(shù)在電力系統(tǒng)中具有重要的意義。在正弦電路中，可以通過測(cè)量電壓、電流間的相位差，計(jì)算出功率因數(shù)，并根據(jù)電流滯后或者超前電壓，判斷出負(fù)載是感性還是電容性的，但在波形嚴(yán)重失真的電力系統(tǒng)或非正弦電路中，由于電壓、電流波形發(fā)生畸變，諧波電壓、電流間也產(chǎn)生無(wú)功功率，因此用測(cè)量相位差的方法無(wú)法準(zhǔn)確地測(cè)量功率因數(shù)。所以，功率因數(shù)的精確測(cè)量在電力系統(tǒng)的運(yùn)行、調(diào)度中是非常重要的。測(cè)量原理與設(shè)計(jì)2.1測(cè)量原理對(duì)于某一正弦信號(hào)，周期性地出現(xiàn)過零點(diǎn)，測(cè)出過零點(diǎn)的時(shí)間即可以測(cè)出該信號(hào)的相角。通過電壓互感器和電流互感器得到低壓交流信號(hào)，然后通過整形電路將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL方波脈沖。相位差的計(jì)算原理是利用輸入兩路信號(hào)過零點(diǎn)的時(shí)間差，以及信號(hào)的頻率來(lái)計(jì)算2路信號(hào)的相位差。兩路信號(hào)的相位差：,其中，N為兩路信號(hào)的上升沿分別觸發(fā)計(jì)數(shù)器的差值，F(xiàn)k為單片機(jī)時(shí)鐘頻率，T為輸入信號(hào)的周期。2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)下圖是以STC-51單片機(jī)為核心的功率因數(shù)測(cè)量系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。該測(cè)量系統(tǒng)主要由電流互感器、電壓互感器、整形修正電路、單片機(jī)、LED顯示器和通信接口等組成。電壓互感器電壓互感器電流互感器整形修正電路STC-51單片機(jī)最小系統(tǒng)串口通訊LED顯示2.3輸入整形電路輸入整形電路如下圖所示，主要功能是完成信號(hào)的隔離、波形變換和相角修正。為了消除測(cè)量端電壓、電流互感器結(jié)構(gòu)上的差異而產(chǎn)生的輸出電壓、電流附加移相角，需要采用電壓、電流活兒變送器隔離（其跟隨電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流的變化時(shí)間僅為1us），以保證相角差的實(shí)時(shí)測(cè)量精度。在LM393的輸入端加了兩個(gè)IN4108穩(wěn)壓二極管將輸入信號(hào)控制在-0.7V—+0.7之間，經(jīng)過零比較器將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)變成方波；用C0和觸發(fā)器CD4854去除高頻信號(hào)，濾除諧波干擾；通過2個(gè)施密特整形觸發(fā)器，得到TTL方波信號(hào)。3.軟件程序#include<reg51.h>#include<stdio.h>#include<math.h>#include<intrins.h>sbitSCL=P0^3;//移位sbitRCL1=P0^1;//RCL1,RCL2位鎖存sbitRCL2=P0^2;sbitSDATA=P0^0;//數(shù)據(jù)位unsignedcharcode led1[]={0xc0,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x38,0x39};//0~9,r,l,cunsignedcharcodeled2[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef,0xf7,0xb8,0xb9};//unsignedchara1,a2,a3,a4,a5; //a1~a5unsignedcharData_595; unsignedintn_LED,yy;unsignedintcount_zheng,zheng;unsignedintcount_yu,yu; float shijiancha=0;float xiangjiao,gonglvyinshu;bit datatest_begin=0;bit bit_v1=0;bit bit_v2=0;#definek000x8000#definek010x4000#definek020x2000#definek030x1000#definek100x0800#definek110x0400#definek120x0200#definek130x0100#definek200x0080#definek210x0040#definek220x0020#definek230x0010voidtimecha(){ yu=TL1; count_zheng=zheng; count_yu=yu; shijiancha=(count_zheng*200+(count_yu-56))*12/11.0592;}voidxiangweicha(){if(shijiancha<=5000) { if(shijiancha==0) a5=10;//阻性else a5=11;//感性 xiangjiao=shijiancha*18/1000; xiangjiao=(xiangjiao/180)*3.1415926; if(xiangjiao<=0.04) gonglvyinshu=1; else gonglvyinshu=cos(xiangjiao); } else { if((shijiancha>15000)&&(shijiancha<=20000)) { a5=12;//容性 xiangjiao=(20000-shijiancha)*18/1000; xiangjiao=(xiangjiao/180)*3.1415926; if(xiangjiao<=0.04) { gonglvyinshu=1; } else { gonglvyinshu=cos(xiangjiao); } } } gonglvyinshu=gonglvyinshu*1000;}voidpart() { unsignedintzhongjian; zhongjian=gonglvyinshu; if(zhongjian<1000) { a1=0; a2=zhongjian/100; a3=(zhongjian/10)%10; a4=zhongjian%10; } if(zhongjian==1000) { a1=1; a2=0; a3=0; a4=0;a5=10; }}voidDtat_Out(unsignedintn_LED,unsignedcharData_595){unsignedchary;RCL2=1; //輸出鎖存時(shí)鐘RCL1=1;RCL2=0;//段碼清零for(y=0;y<8;y++) {SCL=0;// 數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘 SDATA=0; SCL=1;}RCL2=1;RCL1=0;//發(fā)送位選信號(hào)for(y=0;y<16;y++){SCL=0; if((n_LED&0x0001)==0x0001){SDATA=1;} if((n_LED&0x0001)!=0x0001){SDATA=0;} n_LED>>=1; SCL=1;}RCL1=1;RCL2=0;//發(fā)送段選for(y=0;y<8;y++){SCL=0; if((Data_595&0x80)==0x80){SDATA=1;} if((Data_595&0x80)!=0x80){SDATA=0;} Data_595<<=1; SCL=1;}RCL2=1;for(yy=0;yy<500;yy++);//延時(shí)}voidxianshi(){ Dtat_Out(k10,led1[a5]);//r,l，c; Dtat_Out(k20,led1[a4]); Dtat_Out(k21,led1[a3]); Dtat_Out(k22,led1[a2]); Dtat_Out(k23,led2[a1]);}voidexint0()interrupt0{ bit_v1=1;}voidexint1()interrupt2{ bit_v2=1;}voidint_t1()interrupt3{ zheng++;}void initial(){TH1=56;TL1=56;TMOD=0X20;//8位自動(dòng)重裝ET1=1;//允許T1中斷 IT0=0; IT1=0; EX0=1; EX1=1;EA=1;//CPU開中斷} voidmain(void){ initial();while(1) {if(bit_v1&&!test_begin) { TR1=1; //允許T1開始計(jì)數(shù) test_begin=1; } if(test_begin&&bit_v2) { TR1=0;//T1停止級(jí)數(shù) timecha(); xiangweicha(); part(); xianshi(); initial(); test_begin=0; zheng=0;yu=0;} }}4.實(shí)習(xí)心得在這四周中，我學(xué)到了很多，對(duì)我們專業(yè)的認(rèn)識(shí)也進(jìn)一步加深了。從一個(gè)剛?cè)腴T的學(xué)習(xí)者,漸漸的愛上了這各專業(yè),雖然說(shuō)我對(duì)于測(cè)控這個(gè)專業(yè)的知識(shí)還有很多要學(xué)習(xí)和提高,但是在這一周中我還是感受到這各專業(yè)的魅力所在.在拿到這個(gè)課題時(shí)，我和我的合作伙伴對(duì)這個(gè)課題感到比較輕松，腦海中一下子出現(xiàn)了許多設(shè)計(jì)念頭，于是我們就分頭去尋找這方面的資料，通過圖書館的書籍資料，網(wǎng)絡(luò)上的虛擬資料。在軟件的設(shè)計(jì)過程中，我們首先需要確定所要實(shí)現(xiàn)的硬件功能，和根據(jù)選擇的芯片和硬件電路連接設(shè)計(jì)軟件編程，而這些都是我們這學(xué)期學(xué)過的。在軟件編寫過程中，一開始，我們的程序出現(xiàn)很多警告和錯(cuò)誤，經(jīng)過細(xì)心檢查和同學(xué)們的幫助，最終調(diào)試成功，而且我發(fā)現(xiàn)我們的錯(cuò)誤大多數(shù)都是由于粗心大意，還有基礎(chǔ)知識(shí)功底不扎實(shí)造成的，所以在今后的學(xué)習(xí)中，我們必須打好基礎(chǔ)。而我們的硬件選擇，是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的芯片的電路設(shè)計(jì)的，和這學(xué)期實(shí)驗(yàn)課所學(xué)的硬件連接，利用的是PROTEL軟件畫成。原理圖繪畫不難，因?yàn)槲覀円呀?jīng)不是第一使用這個(gè)軟件了。并且我們還認(rèn)真學(xué)習(xí)了，硬件圖中各種芯片的功能和連接線路，還了解與其相關(guān)的各種知識(shí)。雖然沒有設(shè)計(jì)很多功能，但這也讓我深深地體會(huì)到自己理論知識(shí)的不扎實(shí)和薄弱的實(shí)踐能力，和兩人之間的互相合作，互相幫助對(duì)于