电气智能化原理及应用实验报告.docx
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电气智能化原理及应用实验报告
电气智能化原理及应用实验报告
实验名称
实验时间
页码
模拟量输入通道的基本结构
2014年4月16日
电压信号的采样算法
保护算法的实验
2014年4月21日
开关量的输入与输出
专用集成电路在智能电器中的应用
2013年4月28日
【实验名称】
模拟量输入通道的基本结构
一、实验目的
在掌握基本仪器设备使用的基础上，掌握电压互感器的使用方法，掌握运算放大器的使用方法，利用运算放大器、电阻等器件设计模拟量输入通道，对电压信号进行调理，并观察通道的输入信号与输出信号的波形，通过测量，给出二者之间的对应关系；
二、实验设备
1）TDS1012示波器1个
2）调压器1个
3）电压互感器1个
4）面包板1块
5）数字万用表1块
6）直流稳压电源模块1个
7）OP07运算放大器1个，电阻若干（20K,10K）
三、设计实验电路
四、实验过程记录
1）按照电路图搭接好实验电路且老师检查无误后，准备接通电源；
2）空载实验，Ui为零，测量Uo平均值2.52V，峰峰值5.04V；
3）通过调压器改变输入电压，利用示波器观察出入波形和输出波形，判断波形满足设计要求；
4）Ui接5V交流信号，在0~80V内均匀取8个测量，用万用表分别测量输入电压和输出电压的有效值如下：
Ui实测有效值/V
0.05
0.64
1.23
1.81
2.46
3.06
3.67
4.21
Uo实测有效值/V
0.02
0.32
0.62
0.91
1.24
1.54
1.85
2.11
五、数据处理与误差分析
根据上表求得对应输入电压的理论输出值
Ui实测有效值/V
0.05
0.64
1.23
1.81
2.46
3.06
3.67
4.21
Uo实测有效值/V
0.02
0.32
0.62
0.91
1.24
1.54
1.85
2.11
Uo理论有效值/V
0.025
0.320
0.615
0.905
1.230
1.530
1.835
2.155
误差
20.00%
0.00%
-0.81%
-0.55%
-0.81%
-0.65%
-0.82%
2.09%
计算得平均误差为2.30%
由表可知，第一项数据误差达到了20%，过于大，原因是选取的电压值太小了且没有换万用表的量程，导致测得的Uo有效值只有一位，就导致误差过大；
六、实验心得
【实验名称】
电压信号的采样方法
一、实验目的
熟悉并掌握51开发机的使用方法，掌握利用C编写51机程序的方法，熟悉提供的实验线路板结构和接口，熟悉提供的程序架构的基本结构，掌握交流信号采集的基本算法，利用提供的程序框架，编写交流电压采样程序。
二、实验设备
1）TDS1012示波器1台；
2）调压器1个；
3）电压互感器1只；
4）直流稳压电源模块1个；
5）H51S单片机开发机1台；
6）计算机1台；
7）数字万用表1块；
8）实验线路板1块；
三、程序流程图
四、实验程序
在shujvchuli子程序中，根据实验要求，需要在数码管上显示实际的电压值，因此需在程序中采样数值进行处理，解决由于输入电路对调压器输出电压比例缩小的问题；修改后程序如下（修改部分字体加粗）：
voidshujvchuli（void）//数据处理子程序
{
jieguo=0;
for（i=0;i<64;i++）
{
tiaozheng=5.0*caiyangzhi[i]/256;
tiaozheng=（5.0-tiaozheng*2）;
jieguo=jieguo+tiaozheng*tiaozheng;
}
jieguo=sqrt（jieguo/64）;
jieguo=jieguo*20;//将采样电压恢复到调压器输出电压数量级下的结果
display_buffer[0]=（uchar）jieguo/10;
display_buffer[1]=（uchar）（（jieguo-display_buffer[0]）*10）;
display_buffer[2]=（uchar）（（jieguo-display_buffer[0]）*100-display_buffer[1]*10）;
display_buffer[3]=（uchar）（（jieguo-display_buffer[0]）*1000-display_buffer[1]*100-display_buffer[2]*10）;
//由于在数码管上显示结果精度发生变化，例如由原先的4.999要变为49.99，调整每个数码管显示处理数据的位置
for（i=0;i<4;i++）
{
display_buffer1[i]=display_buffer[i]*sqrt
（2）;
}
}
经过数据处理程序后，显示结果的精度发生变化，需要改变小数点的显示位置，则在display（）子程序中，将原先的部分程序修改如下：
voiddisplay（void）
{
……
if（display_bit==1）
BIT_LED1=get_code（display_buffer[0]）;
elseif（display_bit==2）
BIT_LED2=get_code（display_buffer[1]）|0x80;//将原先小数点的位置由第一个数码管变为在第二个数码管上显示
elseif（display_bit==4）
BIT_LED3=get_code（display_buffer[2]）;
else
BIT_LED4=get_code（display_buffer[3]）;
……
}
五、数据记录
调压器输出端电压有效值记录如下
万用表测量
0.623
16.03
21.2
33.3
43.0
52.3
63.0
68.8
LED显示
00.64
16.06
21.26
33.54
43.20
52.32
63.20
68.66
六、误差分析
1.搭建的模拟输入电路使用的期间并非理想器件，造成本身输入到AD时的电压与调压器输入电压的关系与两者在理论上的线性关系存在偏差，导致误差；
2.在采样过程中存在采样误差，包括采样保持器中由于器件的孔径时间、孔径时间不确定度和保持电容漏电造成的误差，以及A/D转换本身存在的量化误差和非线性误差；
3.本实验中由于计算问题，对于输入电压较低这一情况，会引入较大误差。
对于8组数据，其绝对误差最大也仅1.7V，但在计算相对误差时，由于采用的测量真值不一样，导致计算得到的相对误差差距很大。
【实验名称】
保护算法的实验
一、实验目的
熟悉并掌握51开发机的使用方法，熟悉提供的程序框架的基本结构，熟悉提供的实验线路板结构与接口，掌握基于交流信号采集的三段式保护算法，完成三段式保护的算法，利用提供的程序框架，编写三段式保护算法中长延时保护程序。
二、实验设备
1）TDS1012示波器1台；
2）调压器1个；
3）电压互感器1只；
4）直流稳压电源模块1个；
5）H51S单片机开发机1台；
6）计算机1台；
7）实验线路板1块；
8）数字万用表1块；
三、程序流程图
四、实验程序
本实验要实现电流有效值判断、实时电流累计、时间计数等功能，
unsignedlongintzqhe,nlhe;
voidad（void）interrupt0//EXT0中断服务程序
{
caiyangzhi=*ad_adr;
caiyangzhi=caiyangzhi-128;
zqhe=zqhe+caiyangzhi*caiyangzhi;
adc++;
kongzhi1=0;
if（adc<32）
{
EX0=0;
}
else
{
EX0=0;
if（zqhe>47185）
{
tim=tim+1;
nlhe=nlhe+zqhe;
if（nlhe>113244000）
{
nlhe=0;
}
}
zqhe=0;
adc=0;
}
}
五、数据记录及处理
利用调压器在
的范围内，均匀取4个测量点，在修改的程序中设置了计数采样周期次数的标志n，
表6-1调压器输出电压及LED显示电压数据记录表
调压器输出电压
39.8
50.2
59.2
69.9
LED显示电压
1362
854
602
441
1.实验数据处理与分析
根据表5-1中的数据，计算得到对应输入电压的输出值误差，如表5-2所示。
表5-2调压器输出电压及LED显示电压数据处理表
调压器输入电压
0．4
10.2
20.1
30.1
40.1
50.7
60.1
70.2
LED显示电压
0．64
10.3
20.0
30.8
41.3
52.4
61.4
71.5
计算误差/%
60
1.0
0.5
2.3
3.0
3.4
2.2
1.9
六、误差分析
4.电路中使用的运算放大器OP07并非理想器件，其存在的温度漂移、失调电压、失调电流和共模干扰均会引起输出电压的误差；
5.电路中使用的电阻标注为20K和10K，但电阻参数标称值与实际值存在误差，并且随环境和工作温度的变化而变化，这会影响比例放大器的放大倍数；
6.在实验测量过程中，由于测量电压有效值的数字万用表本身精度有限，故会引入测量误差；
7.数据处理引入的计算误差。
【实验名称】
开关量的输入和输出
一、实验目的
熟悉开关量输入输出通道的设计办法，利用光隔、开关等器件设计输入输出通道，并利用实验线路板显示输入通道的结果，利用提供的程序框架，编写完成开关量的输入输出处理程序。
二、实验设备
1）TDS1012示波器1台；
2）面包板1块；
3）直流稳压电源模块1个；
4）H51S单片机开发机1台；
5）计算机1台；
6）实验线路板1块；
7）光电隔离器2片，拨动开关1个，电阻若干（10K,5K,1K），发光二极管若干；
三、程序流程图
根据实验要求，即完成一组开关量输入输出通道的电路设计，采集开关SW1的分合状态，利用光电隔离器将输出信号
送入实验线路板的P1.1口，并通过发光二极管反映出来开关状态。
设计开关量输入输出的电路如图5-1所示。
其中，SW1作为开关量输入，电阻
保护光电隔离器中的发光二极管，起到限流作用；电阻
与
将电源电压12V分压后，输出高电平（4V）或低电平（0V），作为实验线路板P1.1口的输入信号。
四、线路原理图
五、实验程序
本实验只需要实现开关量接通和闭合状态在实验线路板上的发光二极管来体现，因此程序部分并不需要采样数据存入数组并进行处理和显示部分的程序，将EXT0中断服务程序修改如下：
将voidad（void）interrupt0函数注释掉，修改采样函数如下
voidcaiyang（void）interrupt1//Time0中断服务程序
{
TH0=time0_h;
TL0=time0_l;
if（light0==1）
{display_buffer[0]=1;}
else
{display_buffer[0]=0;}
//youxiaozhi（）;
//light0=!
light0;
}
六、数据记录及处理
七、误差分析
八、心得体会
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