单片机电量测量与分析系统

单片机电量测量与分析系统

摘      要

本课题所设计的电参数测量系统以AT89C51单片机为核心，采用电子式电能表专用芯片CS5460，代替了传统仪器中的大量硬件，能测量电流电压真有效值、有功功率、功率因数等参数。在设计中，我们采用了广泛应用的RS-232接口与上位机通信，实现了系统的远程测量与控制，有利于促进电力系统自动化的实现。

论文首先综述了国内外电量测量仪器的发展现状，然后给出了各电量参数测量的国际标准和理论基础，简述了数字采样的原理，对交流数字信号的主要采样方法做了基本介绍，并分别对其特点进行了比较，最后提出系统的整体设计方案，详细介绍整个系统的软硬件设计过程。

关键词：电参数；测量；单片机；交流采样

目      录

1．引言 1

1．1  电量检测技术的国内外发展与现状 1

1．2  课题目的及意义 3

1．3  本设计的主要内容 3

2．电参数测量原理 4

2．1  交流电气参数的测量方法 4

2．1．1  交流电压、电流有效流值 4

2．1．2  功率的计算 4

2．1．3  功率因数的计算 5

2．1．4  电能的计算 6

2．2  交流采样法 6

2．2．1  采样定理 6

2．2．2  采样方法 7

2．2．3  交流采样方法介绍 7

2．2．4  同步采样法 8

2．2．5  非同步采样法 8

2．2．6  准同步采样法 9

2．3  基于交流采样的电参数计算 9

3．系统硬件设计 11

3．1  系统硬件设计的整体思路 11

3．2  单片机控制系统的设计 11

3．2．1  单片机选型 11

3．2．2  单片机系统设计 12

3．3  键盘电路的设计 13

3．4  显示电路的设计 13

3．5  串行通讯接口电路的设计 14

3．6  存储器接口电路的设计 15

3．7  测量电路的设计 16

3．7．1  CS5460的特点 16

3．7．2  CS5460的内部结构 16

3．7．3  CS5460工作原理 17

3．7．4  CS5460的引脚排列 17

3．7．5  CS5460功能控制和测量数据输出方式 19

3．8  模拟信号输入电路的设计 20

3．9  CS5460与单片机的硬件接口 21

4．系统软件设计 22

4．1  单片机C51语言及开发环境介绍 22

4．1．1  单片机高级语言C51语言介绍 22

4．1．2  Keil μVision2开发环境介绍 22

4．2  CS5460的控制命令字 23

4．3  运用CS5460读取各电量的方法 25

4．3．1瞬时电压、瞬时电流和瞬时功率的测量 26

4．3．2电流有效值、电压有效值、功率以及功率因数的测量 26

4．3．3电能累积值的测量 26

4．4  CS5460的校准 26

4．5  程序设计 27

5．结论 30

致  谢 31

参考文献 32

附  录 33

附录A  部分主程序清单 33

附录B  整体硬件原理图 36

附录C  英文资料 37