全国大学生电子设大赛之单相用电器分析监测装置方案报告含程序Word文件下载.docx
《全国大学生电子设大赛之单相用电器分析监测装置方案报告含程序Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全国大学生电子设大赛之单相用电器分析监测装置方案报告含程序Word文件下载.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电流互感器检测电流
理想电流互感器两侧的额定电流大小和它们的绕组匝数成反比。
并且常数为K。
K=I1/I2=N1/N2
电流互感器的一次电流取决于一次性电路的电压和阻抗。
电流互感器的工作状态接近于短路状态。
因此对电能的消耗量较小。
优点：
结构简单可靠，寿命较长，便于维护。
价格较低。
缺点：
不能用于高频检测，但可用于市区电检测。
综合三个方案，经比较发现，方案三更适合用于单相用电器分析监测，故采用方案三。
方案设计
运用电流互感器检测电路中的电流，利用整流电路将220v交流电转化为直流电实现单相用电器分析监测。
采用大规模集成电路ADC0809实现数模（A/D）转换,就是把模拟量信号转换成对应的数字量信号。
数字信号传入单片机进行数据处理及控制，然后通过显示屏显示具体的电流值及各电性参数。
能达到理想精确值。
工作流程图
2检测电路设计及理论分析
检测电路设计
见图一：
检测电路
当一次绕组中有电流1I通过时，一次绕组的磁动势11产生的磁通绝大部分通过铁芯而闭合，从而在二次绕组中感应出电动势2E。
如果二次绕接有负载，那么二次绕组中就有电流2I通过，有电流就有磁动势，所以二次绕组中由磁动势22I产生磁通，这个磁通绝大部分也是经过铁芯而闭合。
因此铁芯中的磁通是由一、二次绕组的磁动势共同产生的合成磁通为主磁通。
根据磁动势平衡原理可以得到
I1N1+I2N2=I10N1
I10N1——励磁动势。
电流互感器两侧的额定电流大小和它们的绕组匝数成反比。
K=I1/I2=N2/N1
运用电流互感器检测电路中的电流、功率和电能大小。
特征参量设计
设计要求及思路
设计要求：
电路电流范围—。
设计思路：
由互感器测量电流值（运用K=I1/I2=N2/N1），运用整流电路将交流电转化为直流电，再采用大规模集成电路ADC0809实现数模（A/D）转换,把模拟量信号转换成对应的数字量信号。
数字信号传入单片机进行数据处理，然后通过显示屏显示具体的电压值和电流值及各电性参数。
参量设计
所使用的互感器的匝数比为I1/I2=N2/N1=850/10。
半波整流电路由于二极管的单向导电作用,使流过负载电阻的电流为脉动电流,电压也为一单向脉动电压,其电压的平均值（输出直流分量）为
流过负载的平均电流为
流过二极管D的平均电流（即正向电流）为
加在二极管两端的最高反向电压为
由于传入ADC0809的基准电压UREF＝5V，因此利用电阻降压到5V。
输出电压公式
其中：
为输出电压；
为基准电压；
D为输出二进制代码对应的十进制数，该路模拟电压转换为8位二进制代码。
3硬件电路设计与程序设计
硬件电路设计
检测整流电路
见图二：
互感器将一次系统的高电压，大电流变换为二次测的低电压（标准值），小电流（标准值），使测量，计量仪表和继电器等装置标准化，小型化，并降低了对二次设备的绝缘要求。
采用整流电路具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电整流成为单向的脉动电，再用滤波器将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。
对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除。
在自动测量和控制系统中，利用滤波电路进行模拟信号的处理，用于数据传送，抑制干扰。
利用78LDS和电阻对直流电进行降压，稳压得到理想的直流电。
选用ADC0809，单片机AT89C51
数模（A/D）转换电路图
见附件2数模（A/D）转换电路图
模数（A/D）转换原理
数模（A/D）转换,就是把模拟量信号转换成对应的数字量信号。
单片机AT89C51电路设计
见图三：
单片机AT89C51电路
单片机是由运算器，控制器，主要寄存器组成。
具有执行各项逻辑运算，指令控制等功能。
运用单片机处理数据信息及调控显示时间。
程序设计
见附件3
4测量结果分析
测量列表:
频率为
用电器
电流
电压
范围（V）
二进制代码
显示用电器
最大值
最小值
机顶盒
00001011
Thesettopbox
无线路由器
00001101
router
USB充电器（带负载）
00011110
Usbcharger
热水壶
Thewaterneater
电风扇
00011010
Electricfan
存在测量误差：
由于使用不同的测量电器其内阻不同。
因此所得到的电压值范围有所偏移。
数模（A/D）转换得到二进制代码，经过单片机控制响应时间不大于2，及识别代码从而识别用电器类型。
通过显示器直接显示电源线上的电特征参数，电器的种类及其工作状态。
随机增加用电器（电风扇，USB充电器（带负载）和热水壶同时使用），可以实时指示用电器的类别和工作状态。
用电阻自制一件最小电流的用电器，可以识别的最小电流值为。
参考文献：
[1]余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第三版）高等教育出版社2006年7月
[2]杨素行.模拟电子技术基础简明教程（第三版）高等教育出版社2006年5月
[3]侯殿有.单片机C语言程序设计北京：
人民邮电出版社2010年11月
[4]孙焕铭.51单片机C程序应用实例详解北京航空航天大学出版社2011年3月
附件1：
电路总图
单片机AT89C51电路图
附件2：
调试结果图
程序附录:
#include<
>
#include<
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbitST=P3^0;
sbitOE=P3^1;
sbitEOC=P3^2;
sbitCLK=P3^3;
sbitlcdrs=P2^0;
sbitlcdrw=P2^1;
sbitlcden=P2^2;
voiddelayms（uintz）;
//延时1ms函数
uintADC_convert（）;
//ADC转换
voidinit（）;
//液晶初始化
voidwrite_com（ucharcom）;
//1602写指令
voidwrite_date（uchardate）;
//1602写数据
voidRefresh_show（）;
//刷新显示
voidLCD_display（uchar*str）;
//输出字符串
uintdat_adc0808;
uchardisplay_buffer[][16]={
{"
Currentvoltage:
"
},
{"
（vol）="
}
};
ucharcodetable1[]={"
noElectric"
};
//14
ucharcodetable2[]={"
JIANCEDIANLU"
//11
ucharcodetable3[]={"
i=2mARouter"
ucharcodetable4[]={"
i=4mAUSBcharger"
ucharcodetable5[]={"
i=190mAEleFAN"
ucharcodetable6[]={"
i=40mALEDLight"
ucharcodetable7[]={"
i=6600mAW-Herter"
//
/*&
&
向1602写指令函数&
*/
voidwrite_com（ucharcom）
{
lcdrs=0;
lcdrw=0;
lcden=0;
P1=com;
delayms（5）;
lcden=1;
}
向1602写指令结束&
/*%%%%%%%%%%%%%向1602写数据函数%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
voidwrite_date（uchardate）
lcdrs=1;
P1=date;
/*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%向1602写数据结束%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
/***************液晶初始化**********************/
voidLCD_init（）
ucharnum;
write_com（0x38）;
//初始化显示模块设置
write_com（0x0c）;
//显示光标
write_com（0x06）;
//当读或写一个字符后地址指针加1，且光标加1
write_com（0x01）;
//显示清屏
write_com（0x80）;
//不显示光标
for（num=0;
num<
10;
num++）//显示table1[]={"
POWERSOURCE"
}有十四个字
write_date（table1[num]）;
delayms（10）;
write_com（0x80+0x40）;
//指针设置这里让他第二行开始显示
16;
num++）//table2[]={"
welcome"
write_date（table2[num]）;
/******************液晶初始化结束*******************/
/*******************模数转换并用于显示显示*********/
uintADC_convert（）
{
while
（1）
{
ST=0;
ST=1;
while
（1）{CLK=!
CLK;
if（EOC==1）break;
}//等待转换结束
OE=1;
dat_adc0808=P0;
OE=0;
returndat_adc0808;
}}
/*************模数转换结束**********************/
/*&
刷新显示函数&
voidRefresh_show（）
uintt=dat_adc0808*256;
display_buffer[1][7]=t/100+'
0'
;
display_buffer[1][9]=t/10%10+'
display_buffer[1][10]=t%10+'
刷新显示函数结束&
/***************lcd显示字符串*******************/
voidLCD_display（uchar*str）
uchari;
for（i=0;
i<
strlen（str）;
i++）
write_date（str[i]）;
/***************lcd显示字符串结束*******************/
/*###############延时1ms子函数################*/
voiddelayms（uintz）
uintx,y;
for（x=z;
x>
0;
x--）
for（y=125;
y>
y--）;
/*##############延时1ms子函数结束################*/
voidmain（）
{
ucharnum;
LCD_init（）;
while
（1）
ADC_convert（）;
Refresh_show（）;
LCD_display（display_buffer[1]）;
write_com（0xC0）;
if（（display_buffer[1][7]==48）&
（display_buffer[1][9]==50）&
（（display_buffer[1][10]==51）|（display_buffer[1][10]==52）|（display_buffer[1][10]==53）|（display_buffer[1][10]==54）））
{for（num=0;
num++）//显示
{write_date（table3[num]）;
delayms（20）;
}}
（display_buffer[1][9]==53）&
（（display_buffer[1][10]==53）|（display_buffer[1][10]==54）|（display_buffer[1][10]==55）|（display_buffer[1][10]==56））|（display_buffer[1][10]==57））
num++）
{write_date（table4[num]）;
if（（display_buffer[1][7]==52）&
（display_buffer[1][9]==54）&
（（display_buffer[1][10]==51）|（display_buffer[1][10]==52）|（display_buffer[1][10]==53）|（display_buffer[1][10]==54））|（display_buffer[1][10]==55））
{write_date（table7[num]）;
（（display_buffer[1][10]==48）|（display_buffer[1][10]==49）|（display_buffer[1][10]==50）|（display_buffer[1][10]==51））|（display_buffer[1][10]==52））
{write_date（table5[num]）;
（display_buffer[1][9]==48）&
（（display_buffer[1][10]==48）））
{write_date（table1[num]）;
升级会员 