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基于單片機的電力監(jiān)控系統(tǒng)交流采樣技術(shù)的實現(xiàn)

時間:2024-07-03 23:41:21 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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基于單片機的電力監(jiān)控系統(tǒng)交流采樣技術(shù)的實現(xiàn)

摘要:系統(tǒng)采用8031單片機實現(xiàn)電力參數(shù)的交流采樣,通過LED顯示器顯示頻率、電壓、電流的實時值,在過壓30%、欠壓30%時進行聲光報警,并能定時打印電壓、電流及頻率值。實踐證明,采用交流采樣方法進行數(shù)據(jù)采集,通過算法運算后獲得的電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)等電力參數(shù)有較好的精確度和穩(wěn)定性。

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展,電網(wǎng)容量的擴大使其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,實時監(jiān)控、調(diào)芳的自動化顯得尤為重要;而在電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中,電力參數(shù)的測量是最基本的功能。如何快速、準確地采集各種電力參數(shù)顯得尤為重要。

在實現(xiàn)自動化的過程中,最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)采集。根據(jù)采集信號的不同,可分直流采樣和交流采樣兩種。直流采樣,顧名思義,采樣對象為直流信號。它是把交流電壓、電流信號經(jīng)過各種變送器轉(zhuǎn)化為0~5V的直流電壓,再由各種裝置和儀表采集。此方法軟件設(shè)計簡單,對采樣值只需作一次比例變換即可得到被測量的數(shù)值。但直流采樣仍有很大的局限性:無法實現(xiàn)實時信號的采集;變送器的精度和穩(wěn)定性對測量精度有很大影響;設(shè)備復(fù)雜,維護難等。交流采樣是將二次測得的電壓、電流經(jīng)高精度的CT、PT變成計算機可測量的交流小信號,然后再送入計算機進行處理。由于這種方法能夠?qū)Ρ粶y量的瞬時值進行采樣,因而實時性好,相位失真小。它用軟件代替硬件的功能又使硬件的投資大大減小。隨著微機技術(shù)的不斷發(fā)展,交流采樣必將以其優(yōu)異的性能價格比,逐步取代傳統(tǒng)的直流采樣方法。

本系統(tǒng)采用8031單片機實現(xiàn)電力參數(shù)的交流采樣。通過LED顯示器顯示頻率、電壓、電流的實時值,在過壓30%、欠壓30%時進行聲光報警,并能定時打印電壓、電流及頻率值。實踐證明,采用交流采樣方法進行數(shù)據(jù)采集,通過算法運算后獲得的電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)等電力參數(shù)有著較好的精確度和穩(wěn)定性。

一、交流采樣原理

若將電壓有效值公式

離散化,以一個周期內(nèi)有限個采樣電壓數(shù)字量來代替一個周期內(nèi)連續(xù)變化的電壓函數(shù)值,則

式中:ΔTm為相鄰兩次采樣的時間間隔;um為第m-1個時間間隔的電壓采樣瞬時值;N為1個周期的采樣點數(shù)。

若相鄰兩采樣的時間間隔相等,即ΔTm為常數(shù)ΔT,考慮到N=(T/ΔT) 1,則有

式(1)就是根據(jù)一個周期各采樣瞬時值及每周期采樣點數(shù)計算電壓信號有效值的公式。

同理,電流有效值計算公式如下:

計算一相有功功率的公式

離散化后為

式中:im、um為同一時刻的電流、電壓采樣值。功率因數(shù)可由下式求得:

cosφ=P/UI

二、系統(tǒng)硬件組成

本系統(tǒng)的硬件部分由電源、主機、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤輸入電路、顯示器和打印機輸出電路共6部分組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

1.主機

主機由單片機8031、地址鎖存器74LS373、外接4KB的程序存儲器2732和8KB的數(shù)據(jù)存儲器6264構(gòu)成。

2.數(shù)據(jù)采集電路

系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集電路如圖2所示。

由圖2可見,前向數(shù)據(jù)采集通道由傳感器、雙四選一多路開關(guān)4052、采樣保持器LF398、八選一多路開關(guān)4051、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574、光隔及由電壓比較器LM339、鎖相環(huán)4046、分頻器4020構(gòu)成的頻率跟蹤電路和用于控制采樣保持器的單穩(wěn)觸發(fā)器4528組成。

由于采集的對象為電壓、電流等模擬量,所以必須經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量以后,才能送入8031進行處理。本系統(tǒng)選用AD574,該芯片使用逐次逼近法將-5~ 5V模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。轉(zhuǎn)換時間為25μs,非線性誤差小于±0.5LSB。

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