1、成绩 山东理工大学电气与电子工程学院课程设计说明书设计题目 基于单片机的电量检测设计（一）专业班级级：电气 1001 班学生姓名名：李化良学 号 号：1011041013指导教师师：赵艳雷 起止日期期：2013年 7月 1日至 2013年 7月 16日摘要随着电力系统电量的日益扩大和电压运行等级的不断提高，传统的电量检测系统暴露出越来越多的缺点，难以满足现代电网向自动化、数字化发展的需要。本文首先系统的阐述瞬时无功功率理论计算方法，其中由瞬时有功功率和无功功率、瞬时有功电流和无功电流和瞬时无功功率理论和传统功率理论比较三部分组成；其次概述了霍尔传感器的工作原理和各项工作技术指标；最后，简单介绍
2、本次设计硬件系统的设计方案，其中包括控制电路、单片机 AT89C51的选择、ADC0809模数转换部分、独立式按键键盘输入部分、LED 静态显示部分方面的设计。由于本人能力有限没能很好的完成软件部分的设计以及仿真，这成为本次设计的一个很大的遗憾。关键词 瞬时无功功率理论 霍尔传感器 AT89C51 ADC0809 SummaryWith the growing electricity power system and the increasing level voltage operation, the traditional power detection system exposes mo
3、re and more shortcomings, it is difficult to meet the modern grid automation, digitization development needs. This article first systematic exposition of the instantaneous reactive power theory calculation method in which the instantaneous active and reactive power, the instantaneous active current
4、and reactive current and instantaneous reactive power theory and the traditional theory of comparative power of three parts; followed by an overview of the Hall sensor works and technical specifications of the work; Finally, a brief introduction of this design of the hardware system design, which in
5、cludes a control circuit, chip microcomputer AT89C51 choice, ADC0809 analog-digital conversion part, stand-key keyboard input section, LED static display some aspects of the design. Since I could not very well limited ability to complete the software part of the design and simulation, which became t
6、his design a lot of regret.Keywords Instantaneous reactive power theory Hall sensor AT89C51 ADC0809 I目录中文摘要 I 英文摘要 II1 绪论 1 2 瞬时无功功率理论 22.1瞬时有功功率和无功功率 22.2瞬时有功电流和无功电流 42.3瞬时无功功率理论和传统功率理论比较 53 霍尔电量传感器 73.1 概述 73.2 霍尔电量传感器的工作原理 83.3 霍尔传感器的优点 94 硬件系统的设计 94.1 硬件框图 94.2 控制电路的设计 104.2.1 单片机的选择 104.2.2 模数转
7、换部分的设计 114.3 键盘输入部分 124.4 LED 的静态显示方式 125 参考文献 12II6 结束语 137 致谢 138 设计总结 15- 0 -1 绪论近 二 十 年 来 ， 以 计 算 机 科 学 ， 信 息 学 ， 生 命 科 学 为 代 表 的 各 门 新 兴学 科 的 迅 猛 发 展 ， 极 大 限 度 的 刺 激 了 全 球 经 济 的 发 展 ， 在 现 代 化 的 工 业 生产 中 ， 电 流 、 电压 、 温 度 、 压 力 、 流 量 、 流 速 和 开 关 量 都 是 常 用 的 主 要 被 控 参 数 。 例 如 ： 在 冶 金 工 业 、 化 工生产、电
8、力工程、造纸行业、机 械 制 造 和 食 品 加 工 等 诸 多 领 域 中 ， 电能是人们日常生活和工业生产中的重要能源之一，在现代社会中起着越来越重要的作用，而电压、电流 是 其 中 最 关 键 的 两 个 因 素 ， 是否准确的测量电压、电流对我们的生活和生产有着至关重要的影响，特别是电工和电力系统等领域经常要对交流电量进行采样测试以了解工作电压或整个电网的工作情况。本文的主要内容是基于单片机的电量检测，共由三部分组成。第一部分主要讲的是关于有功功率，无功功率和功率因数的计算方法。这一部分系统的阐述如何推导计算方法，以及与传统计算方法之间的差异，最后通过数学方法的变换，计算得出与传统的计
9、算理论相比，其结果是一样的。如此一来，为我们选择基于霍尔变换的计算方法提供了强有力的理论支持。同时在我们选择这种方法时，运用单片机进行模拟测量时可以很大程度节约时间，同时符合计算机语言的要求。第二部分主要讲的是霍尔传感器的相关知识。这一部分比较全面的介绍了霍尔传感器的工作原理、分类以及其优点。通过对其使用范围以及优点的比较，决定使用霍尔传感器来收集电压、电流。第三部分主要讲硬件系统方面的的设计，包括单片机的选择、独立式按键键盘以及静态 LED 显示等等。- 1 -2 瞬时无功功率理论三相电路瞬时无功功率理论由 S.Fryze、W.Quade 和 Akagi（赤木泰文）等先后提出，随后得到广泛深
10、入研究并逐渐完善。该理论突破了传统的以平均值为基础的功率定义，系统的定义了瞬时无功功率、瞬时有功功率等瞬时量，以该理论为基础，可以得出用于有源电力补偿器的谐波和无功电流实时检测方法。此方法在工程应用中受到极大的关注。2.1瞬时有功功率和无功功率该三相平衡电路各项电压电流的瞬时值分别为 、 、 和 。uabcicba、为了分析问题方便，把他们变换到 两相正交的坐标系上，经变换可以得到、 两相瞬时电压 和两相瞬时电流 ，即u、 i、（1）ucba32C（2）iiicba32式中 2301-132C- 2 -在如图（1）所示 平面上，矢量 和 分别可以合成为（旋转）u、 i、电压矢量 u 和电流矢量
11、 i（实际上矢量 和 分别为 u 和 i 在 轴和 、 、轴的投影） ，即（3）uU（4）iiiI式中 U、I 矢量 u、i 的模； 、 分别为矢量 u、i 的幅角。ui根据式（1）和式（2）引入瞬时有功功率和瞬时无功功率，有 （5） iuip（6）ii-q式（5）和式（6）写成矩阵形式为（7） iiupq-qpC式中 -pq把式（1） 、式（6）代入上式，可得出 p、q 对于三相电压、电流的表达式- 3 -（8）iuiiucbap（9） iuii cbabacacb -31q 从式（8）可以看出，三相电路瞬时有功功率就是三相电路的瞬时功率。由式（7）可得 qp-qp- 22221- uuui
12、 （10）由此可将 和 作出含有 p、q 项的分解。如果不做 变换，在有中线电流i的情况下，三相有 3 个独立电流分量 和 ，就不能唯一确定地将三相电流作出iba、 c含有 p、q 项的分解，这就是为什么要作 变换来分析的一个原因。2.2 瞬时有功电流和无功电流定义 三相电路瞬时有功电流 和瞬时无功电流 分别为矢量 i 在矢量 u 及其法线上ipiq的投影，即（11a）icosp（11b）isnq- 4 -式中 iu-定义 、 相的瞬时无功电流 （瞬时有功电流 ） ，为三相电q、 iq、路瞬时无功电流 （瞬时有功电流 ）分别在（、）轴上的投影，即iqip瞬时有功电流的 分量（12a）pucoiippa 22s瞬时有功电流的 分量 puniipp 22s （12b）瞬时无功电流的 分量quniiqq 22s （12c）瞬时无功电流的 分量quiiqq 22-cos- （12d）2.3 瞬时无功功率理论和传统功率理论比较传统意义上的有功功率、无功功率等是在平均值基础上定义的，而瞬时无功
