【机械类毕业论文中英文对照文献翻译】基于微控制器的单相电表
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单位代码 03 学号 08015502 分 类 号 TH6 密 级 秘密 毕业设计 文献翻译院(系)名称工学院机械系专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名巴珞指导教师牛月兰2012 年 3 月 10 日 黄河科技学院毕业设计(文献翻译) 第 11 页 基于微控制器的单相电表摘要本文介绍了Microchip科技公司在一种单相电能表的基础上开发的PIC系列单片机。电子式电能表不具备任何转动部件,可以很容易地从一个四位数字显示读和能源消耗。此外,能源消耗存储在单片机的EEPROM存储器。这个行动是必要的,即使在电停电或欠压事件,以确保正确的测量。一旦恢复供应,电表重新启动与存储的值。由于这种电表可兼容于机电,没有额外的费用将招致的公用事业公司在其更换。单相电能表的原型已用在实验室中,以提供高达LOA负载电流从I27V线电压测量实施。观测精度优于97。1 引言电能表制造商都集中他们的研究工作,对调制解调器和更精确的能量米,为大客户,增加精度证明了必要的投资发展。因此,机电电表仍然普遍住宅中的应用1,2,3。然而,低成本微控制器的出现,使住宅使用具有成本效益的电子电气电能表以及发展。由于电子版并不具备旋转部件,它有助于避免被不法分子篡改。此外,为大规模生产,成本可以低于目前生产的机电式电表。本文提出了住宅用途的完全电子化的单相电能表,基于Microchip的技术公司知情同意系列微控制器45。设计考虑到了正确的操作,在停电或欠压事件记录在微控制器内部的EEPROM存储器中的能源消耗。当电源恢复正常时,能源消费量的计算是正确的初始化。此外,四位显示屏用来显示能源消耗。原型已实施足够的测量1OA负载电流从1127V(中性相)电压。更高的电流容量可以很容易地通过简单地更换分流电阻。此外,通过改变变压器抽头和分压器比,它可以很容易地修改为220 V电源使用。2 电能计算公式(1.1)是为基础的能源消耗(E)对任何给定的负载期间t= t2 - t1的时间间隔计算: E=t1t2v(t)i(t)dt (1.1)其中v(t)是电源电压和i(t)是负载电流。实际上,方程(1.1)离散版本, 其中的电压和电流信号,经过适当的调节,由采样和转换成数字形式 8位A / D转换6,在采样频率运行1,082千赫。电压和电流的采样值串行传送到微控制器。 微控制器处理和储存能源消费。能源相比,有参考价值(Eref)一套校准过程中,为1kW的负荷,消耗的能量计算及累计(综合)100的924ps时期(程序循环)。以下方程表明的Eref值的计算: Eref=100924s1000W3600s=0,00002567kWh (1.2)当达到Eref值,计数器递增和重新启动的比较。当这个计数器达到38961,值能耗限值,千瓦表示,由一个递增计数器复位。这显示分时操作,每个数字单独打开五个方案周期(4,62 MS),这是人眼感知,因而无闪烁检测足够快。3.微控热能表 3.1概述 在下面图中所示的框图可以看出一个微控电能表的一般概述图3.1 微控电能表框图后面将提供单个块的描述。3.2电压检测电路 电源电压由分压器第一减毒(R1和R2),明年由一个二阶低通处理过滤器(R3,R4 c9与ClO)。高通,一阶滤波器(R5和CLL)是未来用于消除任何直流分量最终呈现在抵消由于信号。 所选A / D转换器(ADC0831)需要输入0,+5 V的范围内,因此,水平移运放的电压(TL084)用于引入一个2.5 V直流偏移过滤电压信号,(R6/R7)。一个增益为1.212(1 + R6/R7)也被引入,因为一个非反相配置在这里使用。 分压器的目的是要产生一个峰值电压在高通滤波器的输出为2.0 V,127 V输入峰值电压。后2.5伏的电平移位和1.212增益介绍,在5.0 V的最终值获得正峰值电压。相应的电路图如图3.2。 图3.2 电压检测电路3.3 电流检测 图3.3显示电流测量电路,由于电流信号取自10马分流电阻成本的考虑,当一个最大电流10 A有效值已假定。为了防止噪音问题,同相,单位增益差分运算放大器已被选中。其通过一个二阶低通滤波器和输出送入一个两阶段的放大器。第一个介绍的增益14.6,而第二个是负责引进的2.5 V偏置和额外的增益1.212,类似的电压检测电路。总增益被选为5.0 V输出电压产生一个峰值,负载电流为102A,被送入ADC0831转换输入。 图3.3 电流感应电路原理图3.4 微控制器 选定的单片机PIC16C84从Microchip公司4 5,具有相关特性对于当前的应用程序,如成本低,EEPROM中,内存,存储,即使在测得的能量值在场的停电。它是一种高性能微控制器,采用CMOS技术,并有RISC型架构。内部102414的EEPROM 程序存储器和648个字节的EEPROM数据存储器是标准的。它可以在C语言编程,利用C编译器为这个家庭发展Paralax公司的微控制器7。最高时钟10兆赫的频率是可能的,但在这个电路中,出于设计方面的考虑,4.43 MHz的时钟被选中。 8位定时计数器与一个8位预分频寄存器(有效的结果,在一个16位计数器),以及13个双向I / O端口。它的U 0端口有能力处理电流为25mA(输入)和20 mA(输出),即能显著降低需要额外的接口电路,如缓冲区。3.5 单片机辅助电路图3.4显示了一些额外的电路的电路图,需要电表的正常运作。 图3.4 微控制器和辅助电路原理图振荡器电路(电路1):该电路的的PIC16C84时钟频率决定。电容和电阻值的推荐的制造商所需的时钟频率。 电源电压电平检测器(回路2):该电路是非常重要的,正确的操作电表。如果PIC电源电压变少超过4.2伏(可能是由于停电或线路电压骤降),此电路改变了外部中断端口米糠油/ INT(引脚6 PIC),从5V输入为0。这将迫使程序中断发生,激活的子程序,存储的能量到单片机的EEPROM,消费价值和下导致程序去背景环路,直到重新建立正常的线电压。这是一个公认的电压大于4.8外部中断口至五,使离开的背景循环和恢复方案正常的处理。在事件的微控制器电源电压变为小于3.9 V时,禁用电路被激活,什么解释。 禁用电路(电路3):该电路已建议,由PIC 16C84手册并称为布朗输出保护。它可以通过迅速电源电压在事件成为禁用的PIC小于一个预先定义的水平(在这种情况下,3.9 V)。该电路防止PIC的工作与低电压水平,接近允许的最低值。 微电脑电能表串行接口电路为了执行校准子程序,键盘和可视化界面是必需的。这是通过使用微机RS232串行通信在运行Windows终端程序。这个计划是负责与计算机串口控制知情同意。 电表校准是一个两步的过程:第一个是采集样品电压转换器,零输入条件对应的电流信号。未来这个值将被用来消除从实际偏移测量。第二个由每校准SE时,一个1千瓦的功率因数标准的负载以获得正确的缩放因素。 3.6 能源消费显示电路 该电路使用标准的7段数码显示器。此配置中,除了其成本低,使得容易读取当前的能源消耗。该电路利用4/7位解码器,定义该号码将显示在特定的显示。除了这一个, 另2/4位解码器也是必需的,为了使分时显示,例如,每个显示器是积极的在五年计划周期。后者解码器由于输出端口,在数量有限PIC。显示电路的电路图所示图3.5。图3.5 能源消耗显示电路图4 电能计量方案电能计量方案视差公司从专用语言的编译器7。汇编语言5也被用于时间关键例程。电能计量计划流程图显示如图4.1。 5 实验结果 为了验证所提出的电能表,几个进行了实验测试。单相最初使用1kW的标准负载校准原型功率因数。一些实验结果获得验证米的精度,如表5.1所示。表5.1 实验精度评估校准仪表,在无负载(单程),但模拟一个1kW的负载,因为它是一个更快的方法来验证测量程序存储在微控制器。计应能源消费总量增加了1kW的每36S。6 结论 本文展示了测量的可能性与微控制器的电能消耗作为替代传统的电表,机电式电表。微控仪表不具有旋转部件,什么有助于防止欺诈行为因回火,是本身的事业吸引人的特点。此外,它据估计,这种新的电表可能有一个生产成本低于机电电表。估计成本是批量生产时15,00美元左右。精密实验获得了这一新的计优于97。这个值是兼容在市场的机电电表。此外,阅读的能量消耗的过程中促进四位数字显示,这是比简单的模拟电表。使用校准过程实施从任何运行的微机RS232接口Windows终端程序。这是沟通的形式很简单,因为它使用的基本配置在微机。值得一说的是,为了提高米的电流的能力,只需要降低分流电阻值,在电流传感电路,而为了利用它在220线,这是足以改变分压器电路。当然,这里所用的基本原则,也可以很容易地扩展到三相电表的情况下。 图4.1 电能计量流程图致谢作者所提供的支持表示谢意科技委的电气和电子工程科(委员会)和UFES的电力电子与驱动实验室(LEPAC),以及巴西国家研究理事会(CNPq)。参考文献l M. M. Saied, “On the Accuracy of Watt-Hour Meters in Nonsinusoidal Enviroment”,IEEE - 30th IAS Annual Meeting Conf.Records, 1995, pp. 2219-2225.2S. Goldberg and W.F. Horton, “Induction Watthour Meter Accuracywith Non-Sinusoidal Currents”, IEEE trans. On Power Delivery, vol.3E. Markran, C. Wright and A. Girgis, “A Harmonic Analysis of the Induction Watthour Meters Registration Error”, IEEE Trans. On Power Delivery, vol. 7, No. 3, July 1992, pp. 1080-1088.4 Microchip Data Book, Second Edition, October 1992. MIC 92 a.5 Microchip Embedded Control Handbook, October 1992 MIC 92 b.6 “ADC0831A A/D Peripherals With Serial Control”, Texas Instruments, August 1985, Revised June 1986.7 PCB and PCM Reference Manual “Compiler Reference Manual”,Culton Computer Services, Milwaukee, October 1994 Parallax Inc.
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