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1、智能交流电压表设计智能交流电压表的设计摘要摘要: 电工参数一般包括电压、电流、功率、频率、功率因数等。在电网调度自动化的设备中需要配置多只测量显示上述电工参数的镶嵌式面板表，如电压表、电流表、功率表等等，其一般均为指针式面板表，精度低，可视距离近，数据需要人工抄录，浪费人力资源，数据管理不便，容易出错。近年来，随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，正在引起测量控制仪表领域的新的技术革命。本文在研究国内外有关智能仪器仪表最新科研成果的基础上，采用单片机作为测量仪器的主控制器，设计出可与上位计算机进行通信的新型智能交流电压表。这种以单片机为主体的新型智能仪表将计算机
2、技术与测量控制技术结合在一起，在测量过程自动化，测量结果数据处理以及功能的多样化方面都取得了巨大的进步。智能化仪表不仅具有传统仪表的显示功能，还应具有通信功能。把测量到的数据信息发送给上位计算机或远程计算机，接收并执行计算机或其他控制单元发出的指令.智能仪表将作为工厂底层网络的主体，在工业生产的自动化、总线化、网络化方面发挥主导作用。关键词关键词: 单片机；智能仪表；数据处理；通信智能交流电压表设计DESIGN OF INTELLIGENT AC VOLTAGE METERABSTRACT： Electrical parameter includes voltage,current,power
3、，frequency，power factor,and so on .The adjustment system of electrical network needs many panel instruments that can show the electrical parameter,such as voltage,current,power,cycledetc.Usually these instrument is not accurate,wastes manpower resource,and the management of the data is inconvenient
4、and easy to mistake.Recently the development of micro-electronics technology and the advent of SLSI,especially the advent of singlechip,lead to a new revolution in the field of instrument.In this paper，on the basis of studying the up to date fruit of instrument ,a new intellective instrument which a
5、dopts singlechip as control core and which can communicate with the PC is designed. This appliance which bases on the singlechip compounds the technology of computer and measure. It is improved very much on processing result and the diversification of function.Intelligent instrumentation is not only
6、 traditional instrument display, but also with the communication function. Put measurement information to the data sent to the host computer or remote computers, receive and the implementation of a computer or other control unit issued directives. Intelligent instrumentation as a factory-floor main
7、network, in industrial production automation, bus, Internet-based play a leading role.Keywords: singlechip;intellective instrument;data process;communication.智能交流电压表设计1第 1 章 绪 论电工参数一般包括电压、电流、功率、频率、功率因数等。在电网调度自动化设备中，需要配置多只测量、显示上述电工参数的镶嵌式面板表。如电压表、电流表、功率表等等，其一般均为指针式面板表，精度低，可视距离近，数据需要人工抄录，浪费人力资源，数据管理不便，
8、容易出错。近年来，随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，正在引起测量、控制仪表领域新的技术革命。本着改造传统面板式仪表的目的，我采用单片机作为测量仪器的主控制器，设计出可与上位计算机进行通信的新型智能交流电压表。这种以单片机为主体的新型智能仪表将计算机技术与测量控制技术结合在一起，在测量过程自动化，测量结果数据处理以及功能的多样化方面都取得了巨大的进步。1.1 课题概述智能化微机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用已经渗透到国民经济的各个部门。不但国防技术、航空、航天、铁路、冶金、化工等产业，就连在日常生活中也得到广泛的应用。我要设计的是可通信型智能交流电压表，并
9、进行智能仪器/仪表的相关研究。1.2 智能仪器/仪表国内外发展概况智能仪器/仪表是计算机技术向测量仪器移植的产物。是含有微计算机或微处理器的测量仪器。由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，有着智能的作用(表现为智能的延伸或加强等)，因而被称之为智能仪器。这一观点已逐渐被国内外学术界所接受。自从1971年世界上出现了第一种微处理器(美国Intel公司4004型4位微处理器芯片)以来，微计算机技术得到了迅猛的发展。测量仪器在它的影响下有了新的活力，取得了新的进步。电子计算机从过去的庞然大物己经可以在某种特定条件下缩小到可以置于测量仪器之中，作为仪器的控制器、存储器及运算器，并使
10、其具有智能的作用。概括起来说，智能仪器在测量过程自动化、测量结果的数据处理及一机多用(多功能化)等方面己经取得巨大进步。到80年代，可以说，在高准确度、高性能、多功能的测量仪器中已经很少有不采用微计算机技术的了。总的来说，可以从对传统智能交流电压表设计2仪表的改进和新型仪表的出现，两个方面来归纳智能仪器发展概况。传统的手持式万用表，在采用了单片微机控制之后，功能更加多样，使用更加方便、可靠，而且准确度大为提高。有的万用表还可在数字显示器下面外加光条显示器，以提高对被测信号波动变化倾向的判断能力。到80年代初期，高性能的数字万用表，读数已达7.5位8.5位，其分辨率直流电压可达0.01V，交流电
11、压可达0.1V。其24小时准确度，直流电压可达12PPM(PPM为百万分之一)，交流电压可达土0.01%，真有效值响应、频率覆盖可从音频(20kHz)到低频(1Hz)，波形因数(峰值/有效值)可达5:1。其数据处理功能一般包括:百分误差、绝对误差、最大值及最小值、峰峰值、平均值、有效值、方差及标准差等。有的仪器可以在数日内进行采样时间间隔可调的自动跟踪测量及自动储存数据等。在内藏微计算机的作用下，高性能的数字万用表还采用了不开盖式的自动校准技术(Closed-Case Autocal)，使仪器的准确度及稳定度进一步提高。与之相适应，80年代初期出现了商品型可携带式精密数字万用表可程控校准仪。他
12、允许在一般的实验室环境下实现对6.5位到8.5位数字多用表进行不开盖的可控制自动化数字校准。这种校准仪不仅工作简便、速度快、而且可以在较宽温度范围内(如1333) 工作。这就缓解了高准确度数字多用表需定期频繁送检的矛盾，提高了仪器的使用率及可靠性。这些把计量学准确度带入普通实验室的仪器，可以说是在80年代做出一个了不起的成绩。智能仪器除了在传统仪器的改进方面取得了巨大成就而外，还开辟了许多新的应用领域，出现了许多新型的仪器。80年代以来，机械制造业(汽车制造、VLSI(超大规模集成电路)制造、各种电子设备，如电子计算机、电视机等制造)的高速发展，使CAM (Computer Aided Man
13、ufacturing，计算机辅助制造)达到了很高水平，它对人类生产力的提高起着巨大的推动作用。为了对CAM的工作质量进行及时监控，切实使成品或半成品的质显得到保证，要求对实现整个加工工艺过程中各重要环节或工位在线检测。因此在生产线上或检验室内大量涌现应用各种CAT (Computer Aided Test计算机辅助测试)技术的仪器。例如，在电子类产品生产中使用大量各种规格的印刷电路板(PCB, Printed Circuit Board),因而出现了各种PCBCAT设备(PCBT)。没有高速、高效能的PCBT实现对空PCB或已装元件的PCB进行逐项检验及质量监督，或要想实现电子设备生产上的高速
14、及高质量的CAM是不可能的。智能仪器以及计算机系统本身的发展使得其硬件结构及软件内涵越来越复杂，随之而来的是对其工作状态的检验及故障诊断就显得非常重要，而且十分困难。如果都依靠专业人员去解决这些问题，不仅浪费时间、不经济，而且对大批量、多品种、更新很快的产品，这样做也是不大可能的。为了解决此类问题，出现了一种新型仪器智能交流电压表设计3故障诊断仪(Troubleshooter)。面向计算机为主体的数字系统(或智能仪器)的故障诊断仪本身就是一台微计算机。它一般是通过特定的适配器与被检验系统相联，在专用软件包的支持下进行故障诊断。它不仅可发现故障的性能及范围，有时还可以精确的定位到故障元件。由于微
15、计算机的内存容量不断增加，工作速度的不断提高，因而使其数据处理的能力极大的改善，这样就可以把动态信号分析技术引入智能仪器之中。这些信号分析往往以数字滤波或FFT(快速傅立叶变换)为土体，配之以各种不同的分析软件，如智能化的医学诊断仪及机器故障诊断仪等。这类仪器的进一步发展就是专家系统，其社会效益及经济效益将是十分巨大的。近20年来，智能仪器与微计算机取得令人瞩目的进展，就其技术背景而言，硬件的不断发展及创新不能不说是一个非常重要的因素。就仪器仪表的发展看，对以下几类硬件的发展应特别加以关注。 P/C(微处理器/微计算机)芯片P/C为智能仪器的核心。它的选择将决定仪器的总体结构。目前我国智能仪器
16、大多采用8位C芯片8048/8051系列，并取得了很好的效益。8位C属于微型控制器(Microcontroller)，有很强的控制功能及中断响应能力，但对16位的数据处理能力就稍微差于Z80等P芯片。因此，从在智能仪器中需要进行大量的运算角度看，Z80等仍有相当强的生命力。而且它也有了自己的换代产品(Zilog的Z180/Z28。及日立的64180/647180等)，它们无论在时钟频率、物理地址、中断响应能力、运算能力、通讯能力等方面都有了很大的提高，其应用日益广泛。16位P/C(如8086/88, 8086等)由于其性能的优势，将有更泛的应用前景。 IC (集成电路)的CMOS化CMOS技术早在70年代就已提出，CMOS具有功耗更低、工作温度范围宽和抗干扰能力强等优点，但也有运行速度较慢、易受静电损伤等缺点，因此CMOS在应用中曾受到过很大的限制。进入80年代后采用了“硅”门新技术取代了原来的“金属门”，使CMOS的速度与NMOS及PMOS基本相同。同时，采用输入保护电路有效地克服了受静电损坏等缺点，达到了使用化的阶段。如今LSI及
