基于单片机的功率计的研究与设计

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　　摘要：该文基于51单片机完成了一款简易功率计的设计。通过信号采样、A/D转换，把电压和电流信号转换为数字信号，然后送至单片机进行处理，最后将电压、电流和处理后的功率值显示在LCD液晶屏上。电压、电流超过设定值时，蜂鸣器报警。经过设计，完成整体电路的测量，测试显示功率计测量准确，精度较高，读数直观，具有较好的实用价值。
　　关键词：单片机;功率计;模数转换
　　中图分类号：TN07
　　文献标识码：A
　　文章编号：1009-3044（2020）10-0245-03
　　率测量是一个热点研究问题，在工业仪器仪表中，有着举足轻重的作用，随着数字化时代的来临，现代功率测量越来越趋于自动化、数显化、简易操作。但当前功率计存在体积笨重、操作复杂等缺点，基于此，本文拟以51系列单片机作为控制核心，设计完成了一款简易功率计，经过测试，该装置可单独测量电压和电流、功率。数显简易，操作简单，体积小，成本低。
　　1方案设计
　　本系统功能由硬件和软件两大部分协调完成，硬件部分主要完成电压、电流信号的采集处理、信息的显示等;软件主要完成对采集的数字信号进行滤波处理及显示控制等。系统结构框图如图1所示。
　　2单元电路设计
　　2.1电压、电流采样模块的设计
　　电压、电流的采样需要同时输入电压和电流。设计过程中考虑测量的量程，电压和电流值均设置了最大值，超过最大值后系统会自动报警。在采样后的电压、電流，通过CHO和CHl输入ADC0832转换器中，转换器转换后，将转换后的数字信号输送给单片机，单片机再进行数据的处理和计算。如下图2所示。
　　电流的采样：利用一个小电阻与其串联。图示中，P3的l端口和P5的2端口串联一个2.2R的电阻。其重要的原理是电流不能直接采样，设计的思想同样是将电流转换为电压进行采样的。
　　电压的采样：利用两个大电阻与其并联。图示中，P3的2端口和P5的1端口并联一个51K和10K的电阻。
　　2.2模数转换模块设计
　　该设计电路是将电压、电流模拟采样的信号转换成为数字信号。
　　模数转化采用ADC0832作为与单片机的接口电路，它的结构比较简单，体积小、兼容性强，是逐次逼近式型传感器。它具有4条数据线：CS、CLK、DO、DI，且内部具有输出锁存器，可与AT89C51单片机直接相连。其工作频率为250KHZ，转换时间为32us。A/D转换电路电路如图3所示。
　　2.3液晶显示模块
　　为了实现数显自动化，本设计采用LCD液晶显示器。其最佳工作电压为+5V左右。液晶显示模块电路如图3.4所示。相比较一般的数码管显示，液晶显示会更加清晰、直接，驱动也更简单。
　　2.4声光报警电路模块
　　声光报警电路采用PNP型三极管作为驱动期间，采用有源蜂鸣器进行设计，驱动简单，电源端接有发光二极管进行报警提示，具体电路如图5所示。
　　当驱动端出现高电平时，三极管的基极和发射机均为高电平，该三极管截止，此时蜂鸣器不发声，发光二极管的阳极和阴极也均为高电平，二极管也截止。党控制端为低电平时，二极管的阴极为低电平，阳极为高电平，发光二极管亮，三级管的基极为低电平，发射极为高电平，三极管饱和导通，蜂鸣器得电发声，从而达到声光报警的目的。
　　3系统软件设计
　　3.1主流程图的设计
　　先设置好系统的初始化，然后进行电压、电流采样，将采样后的信号通过A/D转换器转换为数字信号，转换完成后将数字信号送人到单片机中进行处理计算，最后将处理后的电压、电流、功率显示在液晶屏上。电压、电流、功率显示流程图如图6。
　　3.2模数转换子程序流程图的设计
　　模数转换流程图如图7所示。启动转换信号，低电平有效，转换结束后检查EOC标志位是否完成置位，最后将转换完成的数字信号存储到单片机中进行处理和计算。
　　3.3单片机计算处理流程图的设计
　　单片机的计算处理是我们本设计的核心部分，计算处理的成功主要取决于两个方面：一个是硬件f包括电压电流的采样和A/D转换器）的选取，另一方面是对数字信号进行处理。单片机计算处理流程图如图8。
　　3.4显示函数流程图的设计
　　显示函数流程图如图9。
　　4调试与结果分析
　　根据软硬件的设计，对系统进行了调试，其调试结果如图10所示。
　　根据测试结果，达到系统设计要求。
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