数字功率表的设计

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1、江 西 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计（论文）题 目：数字功率表的设计学 院：电气工程与自动化学院专 业：自动化班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 职称：讲师江江 西西 理理 工工 大大 学学本本 科科 毕毕 业业 设设 计（论文）任计（论文）任 务务 书书题题 目：数字功率表的设计目：数字功率表的设计原始依据原始依据(包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等)：随着时代的进步和发展，数字控制自然而然的走进我们的日常生活，这也成为控制领域的普遍追求之一。数字控制系统涉及到我们的生活，工作，科研等各个领域，它已经成为一种比较成熟的技术。现在的仪器仪表早已告别了当年

2、的模拟仪器时代，数字仪器仪表正大行其道，尤其是数字化仪器仪表使用更加简单，数据精度高，携带更加方便。数字功率表又名电参数测量仪，主要用来测定相关仪器仪表的电力参数，如电压、电流、电功率、功率因素等。电参数综合测量仪主要有数字电力参数测量仪、单相电力参数测量仪以及三相电力参数测量仪等等。其中数字功率表采用表贴技术，体积更小、质量更稳定，有丰富的接口功能及测量功能，测量功能更全面，如谐波、PWM 波、空载损耗等，能满足实验室工频产品检测要求。主要内容和要求：主要内容和要求：（包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：主要设计（研究）内容：设计一个数字功率表主要用

3、来测定相关仪器仪表的电力参数，如电压、电流、电功率、功率因素等。要有良好的人机交换界面，同时易于使用。（1）设计思路 方案一方案一 利用单片机利用单片机 ADCADC 采样采样简要框图：II方案一 系统框图 方案二方案二 采用集成的电力计量芯片采用集成的电力计量芯片 简要框图AC 分压电阻CS5463光耦隔离I 电流互感器MCULCD方案二 系统框图（2）硬件设计根据方案选择设计电路，选择高性价比 MCU，按照系统功能的要求来配置外围设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。系统设计应本着以下原则：1)选择较高性价比的 MCU；2)硬件的结构应根据应用软件方案一起考虑；3)考虑到用电安全以及信号干

4、扰，设置隔离电路。本系统的硬件电路主要包括模拟部分和数字部分，从功能模块上来分有单片机最小系统电路、CS5463 电路、键盘显示电路、控制执行电路、电源隔离电路。系统硬件包括：CS5463 电力计量芯片、ATMEGA32_16AI-TQFP44 单片机、键盘输入、LCD 显示。（3）软件设计结合硬件方案制定相应的软件设计。主要指标与技术参数：根据设计的要求，可以得到各项电参数的测量精度以及要求如下：电压测量范围 05V，误差2%；电流范围 02A，误差2%；有功功率测量误差2%；功率因数误差2%。日程安排：日程安排：2013 年 03 月 11 日2013 年 03 月 24 日：撰写开题报告

5、； 2013 年 03 月 25 日2013 年 04 月 07 日：前期资料收集，设计电路原理图；2013 年 04 月 08 日2013 年 04 月 15 日：对电路原理图进行软件仿真； 2013 年 04 月 16 日2013 年 04 月 22 日：绘制 PCB 板，制作成板；2013 年 04 月 23 日2013 年 05 月 06 日：绘制程序流程图，程序设计；2013 年 05 月 07 日2013 年 05 月 20 日：软硬件联调，方案改进； 2013 年 05 月 21 日2013 年 05 月 31 日：论文定稿，准备答辩。III参考文献参考文献1郭天祥.新概念 51

6、 单片机 C 语言教程入门、提高、开发、拓展M.电子工业出版社.2009-1-12马潮.ATMEGA 8 原理及应用手册M.清华大学出版社.2003-03-13周立功.项目驱动与单片机应用设计基础M .北京航空航天大学出版社.2011-04-1 4周立功.新编计算机基础教程M.北京航空航天大学出版社.2010-7-15谭浩强.C 语言程序设计M.第二版 清华大学出版社.2008-1-16James W.Nilsson.Electric Circuits,Eighth EditionM.电子工业出版社.2011-2 7Robert D.Thompson.Digital Electrionics

7、A Simplified ApproachM.电子工业出版社.2003-78阎石.数字电路技术基础M. 高等教育出版社.2006-129童诗白.模拟电子技术基础M. 高等教育出版社.2007-11-110梁森.自动检测技术及应用M. 机械工业出版社.2010-811李军骑.基于 CS5463 的多功能电表设计J.仪表技术，2011，第七期：16。12ATMEGA 32 官方数据手册13CS5463 官方数据手册14ST7920 官方数据手册IV指指导导教教师师 （签字） ： 年年 月月 日日注：本表可自主延伸，各专业根据需要调整。 江江 西西 理理 工工 大大 学学 本本 科科 毕毕 业业 设

8、设 计（论文）开计（论文）开 题题 报报 告告学院学院 电气学院电气学院 专业专业 自动化自动化 0909 级（级（1313 届）届） 1 1 班班 学号学号 4444 学生学生 张冠群张冠群题题 目：数字功率表的设计目：数字功率表的设计本课题来源及研究现状：本课题来源及研究现状： 课题来源课题来源： 随着时代的进步和发展，数字控制自然而然的走进我们的日常生活，这也成为控制领域的普遍追求之一。数字控制系统涉及到我们的生活，工作，科研等各个领域，它已经成为一种比较成熟的技术。现在的仪器仪表早已告别了当年的模拟仪器时代，数字仪器仪表正大行其道，尤其是数字化仪器仪表使用更加简单，数据精度高，携带更加

9、方便。数字功率计又名电参数测量仪，主要用来测定相关仪器仪表的电力参数，如电压、电流、电功率、功率因素等。电参数综合测量仪主要有数字电力参数测量仪、单相电力参数测量仪以及三相电力参数测量仪等等。其中数字功率计采用表贴技术，体积更小、质量更稳定，有丰富的接口功能及测量功能，测量功能更全面，如谐波、PWM 波、空载损耗等，能满足实验室工频产品检测要求。数字功率表按照测试精度又可分为一般功率表和高精度功率表。现在市场上常规的功率表精度一般为 0.5 级，即误差为千分之五；高精度方面可高达万分之五 。研究现状研究现状：在信息技术迅速发展的今天，数字仪器仪表已经遍布各处，我们应该追赶上时代的步伐。数字功率

10、表按测试电压相线可分为单相功率表和三相功率表。单相功率表广泛应用于电视机、变压器等的测量，三相功率表适用于电动机等三相仪器的参数测量。按功率表在测试系统中的连接方式分类：按功率表在测试系统中的连接方式分类：V有终端式和通过式两种。终端式功率表把功率表探头作为测试系统的终端负载，功率表吸收全部待测功率，由功率指示器直接读取功率值。通过式功率表，它是利用某种耦合装置，如定向耦合器、耦合环、探针等从传输的功率中按一定的比例耦合出一部分功率，送入功率表度量，传输的总功率等于功率表指示值乘以比例系数。按功率表的按功率表的灵敏度灵敏度和测量范围分类：和测量范围分类：测热电阻型功率表使用热变电阻做功率传感元

11、件。热变电阻值的温度系数较大。被测信号的功率被热变电阻吸收后产生热量，使其自身温度升高，电阻值发生显著变化，利用电阻电桥测量电阻值的变化，显示功率值。热电偶型功率表热电偶型功率表中的热偶结直接吸收高频信号功率，结点温度升高，产生温差电势，电势的大小正比于吸收的高频功率值。量热式功率表典型的热效应功率表，利用隔热负载吸收高频信号功率，使负载的温度升高，再利用热电偶元件测量负载的温度变化量，根据产生的热量计算高频功率值。晶体检波式功率表晶体二极管检波器将高频信号变换为低频或直流电信号。适当选择工作点，使检波器输出信号的幅度正比于高频信号的功率。按被测信号分类有连续波功率表和脉冲峰值功率表。 课题研

12、究目标、内容、方法和手段：课题研究目标、内容、方法和手段： 主要内容：主要内容： 设计一个数字功率计，可以测量当时电流，电压，以及功率，并用液晶屏 显示。 1、了解数字功率计的应用；2、制定实现方案；3、选择最优方案；4、设计硬件电路；5、设计软件。 目标：目标： 1、显示实时功率；2、显示实时电流；3、显示实时电压； 方法和手段：方法和手段：方案一方案一 利用单片机利用单片机 ADCADC 采样采样原理框图VI图 1 方案一原理框图方案二方案二 采用集成的电力计量芯片采用集成的电力计量芯片原理框图AC 分压电阻CS5463光耦隔离I 电流互感器MCULCD图 2 方案二原理框图SA9904B

13、，ATT7026A 及 CS5463 等电力计量芯片都具有功能强大，软件、硬件实现方便，计量精度高，价格便宜等优点，广泛适用于电能测量控制领域。但在性能、指标方面仍存在较大差别。 设计（论文）提纲及进度安排：设计（论文）提纲及进度安排：第 12 周：现状调研：本阶段对数字功率计的相关知识进行了解，对本课题所涉及的课程重新深入学习，学习单片机的工作原理及指令系统，搜集并查阅相关资料，对本设计有整体上的把握；第 3 周：硬件方案敲定：选择 MCU。接下来的第 4-11 周主要进行本设计的 MCU 外围电路设计，通过指导老师的指导，不断完善优化硬件的各方面设计，满足设计要求。主要安排如下：第 4 周

14、：电力计量芯片选择：根据系统的整体方案。针对自己的专题进行电力计量芯片的选择。选择一款可以检测电压、电流、功率的芯片；第 5-8 周：电力计量芯片资料研究以及 PCB 绘制：读懂一份电力计量芯片资料，寄存器的操作，外围电路的设计，并购买到该芯片，按照电路图，选好封装，开始布板，并焊接好元器件。第 9-11 周：软件调试：VII微型计算机上进行程序的测试并修改运行。使系统不断完善，达到指定要求。第 12-14 周:文件编制：编写设计说明书，并在指导老师的指导下不断完善和改进，准备答辩提纲，按照要求进行毕业答辩。主要参考文献和书目：主要参考文献和书目：1郭天祥.新概念 51 单片机 C 语言教程入

15、门、提高、开发、拓展M.电子工业出版社.2009-1-12马潮.ATMEGA 8 原理及应用手册M.清华大学出版社.2003-03-13周立功.项目驱动与单片机应用设计基础M .北京航空航天大学出版社.2011-04-1 4周立功.新编计算机基础教程M.北京航空航天大学出版社.2010-7-15谭浩强.C 语言程序设计M.第二版 清华大学出版社.2008-1-16James W.Nilsson.Electric Circuits,Eighth EditionM.电子工业出版社.2011-2 7Robert D.Thompson.Digital Electrionics A Simplified ApproachM.电子工业出版社.2003-78阎石.数字电路技术基础M. 高等教育出版社.2006-129童诗白.模拟电子技术基础M. 高等教育出版社.2007-11-110梁森.自动检测技术及应用M. 机械工业出版社.2010-811李军骑.基于 CS5463 的多功能电表设计J.仪表技术，2011，第七期：16。12ATMEGA 32 官方数据手册13CS5463 官方数据手册14ST7920 官方数据手册指导教师审核意见：指导教师审核意见：VIII指导教师（指导教师（签字）：年年