单片机-功率因数的测量-实习报告

西安科技大学综合实验报告学院:电气与控制工程学院专业名称:测控技术与仪器0801设计题目:功率因数的测量姓名:学号:指导教师:功率因数的测量系统功能功率因数是供用点网络的一个重要参数，它是衡量电力系统是否经济运行的一个重要指标，所以准确测量功率因数在电力系统中具有重要的意义。在正弦电路中，可以通过测量电压、电流间的相位差，计算出功率因数，并根据电流滞后或者超前电压，判断出负载是感性还是电容性的，但在波形严重失真的电力系统或非正弦电路中，由于电压、电流波形发生畸变，谐波电压、电流间也产生无功功率，因此用测量相位差的方法无法准确地测量功率因数。所以，功率因数的精确测量在电力系统的运行、调度中是非常重要的。测量原理与设计2.1测量原理对于某一正弦信号，周期性地出现过零点，测出过零点的时间即可以测出该信号的相角。通过电压互感器和电流互感器得到低压交流信号，然后通过整形电路将交流信号转换为TTL方波脉冲。相位差的计算原理是利用输入两路信号过零点的时间差，以及信号的频率来计算2路信号的相位差。两路信号的相位差：,其中，N为两路信号的上升沿分别触发计数器的差值，Fk为单片机时钟频率，T为输入信号的周期。2.2系统硬件设计下图是以STC-51单片机为核心的功率因数测量系统硬件结构图。该测量系统主要由电流互感器、电压互感器、整形修正电路、单片机、LED显示器和通信接口等组成。电压互感器电压互感器电流互感器整形修正电路STC-51单片机最小系统串口通讯LED显示2.3输入整形电路输入整形电路如下图所示，主要功能是完成信号的隔离、波形变换和相角修正。为了消除测量端电压、电流互感器结构上的差异而产生的输出电压、电流附加移相角，需要采用电压、电流活儿变送器隔离（其跟随电网电压或负载电流的变化时间仅为1us），以保证相角差的实时测量精度。在LM393的输入端加了两个IN4108稳压二极管将输入信号控制在-0.7V—+0.7之间，经过零比较器将正弦信号转变成方波；用C0和触发器CD4854去除高频信号，滤除谐波干扰；通过2个施密特整形触发器，得到TTL方波信号。3.软件程序#include<reg51.h>#include<stdio.h>#include<math.h>#include<intrins.h>sbitSCL=P0^3;//移位sbitRCL1=P0^1;//RCL1,RCL2位锁存sbitRCL2=P0^2;sbitSDATA=P0^0;//数据位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; //输出锁存时钟RCL1=1;RCL2=0;//段码清零for(y=0;y<8;y++) {SCL=0;// 数据输入时钟 SDATA=0; SCL=1;}RCL2=1;RCL1=0;//发送位选信号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;//发送段选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++);//延时}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位自动重装ET1=1;//允许T1中断 IT0=0; IT1=0; EX0=1; EX1=1;EA=1;//CPU开中断} voidmain(void){ initial();while(1) {if(bit_v1&&!test_begin) { TR1=1; //允许T1开始计数 test_begin=1; } if(test_begin&&bit_v2) { TR1=0;//T1停止级数 timecha(); xiangweicha(); part(); xianshi(); initial(); test_begin=0; zheng=0;yu=0;} }}4.实习心得在这四周中，我学到了很多，对我们专业的认识也进一步加深了。从一个刚入门的学习者,渐渐的爱上了这各专业,虽然说我对于测控这个专业的知识还有很多要学习和提高,但是在这一周中我还是感受到这各专业的魅力所在.在拿到这个课题时，我和我的合作伙伴对这个课题感到比较轻松，脑海中一下子出现了许多设计念头，于是我们就分头去寻找这方面的资料，通过图书馆的书籍资料，网络上的虚拟资料。在软件的设计过程中，我们首先需要确定所要实现的硬件功能，和根据选择的芯片和硬件电路连接设计软件编程，而这些都是我们这学期学过的。在软件编写过程中，一开始，我们的程序出现很多警告和错误，经过细心检查和同学们的帮助，最终调试成功，而且我发现我们的错误大多数都是由于粗心大意，还有基础知识功底不扎实造成的，所以在今后的学习中，我们必须打好基础。而我们的硬件选择，是根据实验室现有的芯片的电路设计的，和这学期实验课所学的硬件连接，利用的是PROTEL软件画成。原理图绘画不难，因为我们已经不是第一使用这个软件了。并且我们还认真学习了，硬件图中各种芯片的功能和连接线路，还了解与其相关的各种知识。虽然没有设计很多功能，但这也让我深深地体会到自己理论知识的不扎实和薄弱的实践能力，和两人之间的互相合作，互相帮助对于