基于电流互感器的单相交流电流测量系统设计

课程设计任务书

课   程   名   称  检测技术与系统课程设计 

院（系、部、中心）      

专             业   电气工程及其自动化   

班             级               

学             号                

姓             名                     

起   止   日   期                      

指   导   教   师       许大宇         

1、设计要求....................................................................1

2、功能要求....................................................................1

3、原理及方案论证........................................................1

 1、电流互感器的选型及工作原理........................................................1

   1.1选型及外形..............................................................................1  

    1.2工作原理.................................................................1

   1.3原理接线图.............................................................2

 2、ATC52单片机........................................................3

 3、通用A/D转换器........................................................4

4、硬件系统的设计及总体框图.....................................6

 1、系统仿真接线简图......................................................6

 2、总体框图.......................................................................7

五、小结...............................................................................8

六、参考文献.......................................................................8

附录、单片机程序................................................................8

南京工程学院

课程设计任务书

课   程   名   称  检测技术与系统课程设计 

院（系、部、中心）    电力工程学院     

专             业  

班             级        

姓             名                 

起   止   日            

指   导   教   师       许大宇         

  基于电流互感器的单相交流电流测量系统的设计（通过单片机对电流的测量）

二、功能要求

1、数字电流表在平常工作环境中能良好工作；

2、能测0——5A电流，检测精度0.1A；

3、A/D转换器的使用和数据采集系统的设计

4、电流表能数字显示，且由单片机处理采集数据并驱动LED显示

三、原理及方案论证

1、电流互感器的选型及工作原理

1.1选型及外形

   电流的测量选用TVA1421型立式穿芯小型精密交流电压，电流互感器，这种通用型互感器是由两个相同副线圈构成的电流互感器，测量精度高，采用范围宽，也较灵活。

1.2工作原理

其工作原理与变压器相同，基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。电压互感器本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。为此，电压互感器的原边接有熔断器，副边可靠接地，以免原、副边绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。 　　

测量用电压互感器一般都做成单相双线圈结构，其原边电压为被测电压（如电力系统的线电压），可以单相使用，也可以用两台接成V-V形作三相使用。实验室用的电压互感器往往是原边多抽头的，以适应测量不同电压的需要。供保护接地用电压互感器还带有一个第三线圈，称三线圈电压互感器电压互感器。三相的第三线圈接成开口三角形，开口三角形的两引出端与接地保护继电器的电压线圈联接。 　　、

正常运行时，电力系统的三相电压对称，第三线圈上的三相感应电动势之和为零。一旦发生单相接地时，中性点出现位移，开口三角的端子间就会出现零序电压使继电器动作，从而对电力系统起保护作用。 　　线圈出现零序电压则相应的铁心中就会出现零序磁通。为此，这种三相电压互感器采用旁轭式铁心（10KV及以下时）或采用三台单相电压互感器。对于这种互感器，第三线圈的准确度要求不高，但要求有一定的过励磁特性（即当原边电压增加时，铁心中的磁通密度也增加相应倍数而不会损坏）

1.3原理接线图

2. ATC52单片机

 ATC52 是美国ATME 公司生产的低电压，高性能CMOS 8 位单片机，片内含8k bytes 的可反复擦写的只读程序存 储器（PEROM）和256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM ），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产， 与标准MCS-51 指令系统及8052 产品引脚兼容，片内置通用8 位 央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大ATC52 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。

2.1 主要性能参数 

   ·与MCS-51 产品指令和引脚完全兼容

   ·8k 字节可 擦写Flash 闪速存储器 

   ·1000 次擦写周期 

   ·全静态操作：0Hz－24MHz 

   ·三级加密程序存储器 

   ·256 ×8 字节内部RAM 

   ·32 个可编程I ／O  口线 

   ·3 个16 位定时／计数器 

   ·8 个 断源 

   ·可编程串行UART 通道 

   ·低功耗空闲和掉电模式 

2.2功能特性概述 

     ATC52 提供以下标准功能：8k 字节Flash 闪速存储器，256 字节内部RAM，32 个I ／O  口线，3 个16位定时／计数器，一个6 向量两级 断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，ATC52 可降至0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

3、通用A/D转换器

    ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双道 A/D 转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。

3.1  ADC0832 具有以下特点：      ◆ 8 位分辨率；      ◆ 双通道 A/D转换；  

◆ 输入输出电平与 TTL/CMOS 相兼容；

◆ 5V 电源供电时输入电压在 0~5V 之间；  

◆ 工作频率为 250KHZ，转换时间为 32μS；  

◆ 一般功耗仅为 15mW；  

◆ 8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；  

◆ 商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为- 40°C to +85°C；

3.2芯片接口说明：  

CS     片选使能，低电平芯片使能。  

CH0    模拟输入通道 0，或作为 IN+/-使用。  

CH1    模拟输入通道 1，或作为 IN+/-使用。  

GND    芯片参考 0 电位（地）。  

DI      数据信号输入，选择通道控制。  

DO      数据信号输出，转换数据输出。  

CLK     芯片时钟输入。  

Vcc/REF   电源输入及参考电压输入（复用）。  

4、硬件系统的设计及总体框图

1、 系统仿真接线简图

                      系统仿真接线图

   本设计中用到ATC52单片机、八位ADC AD0832、六位八段显示数码管LED，通用运放 UA741 、必要的电阻、电容元件等。系统原理方框图电路仿真见上图所示。

2、 设计的总体框图

5、小结

    两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，和同学一起相互探讨，相互学习。体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用，突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。在此感谢我们的许大宇老师，老师严谨细致，一丝不苟的作风一直是我们学习工作中的榜样，您开朗的个性和宽容的态度，帮助我们很顺利的完成了这次的课程设计。同时感谢帮助过我们的同学，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。

6、参考文献

1、 李现明，吴皓编著.自动检测技术.北京：机械工业出版社，2009

2、  徐仁贵.单片微型计算机应用技术.北京：机械工业出版社.2001

3、  陈爱弟.Protel99实用培训教程.北京：人民邮电出版社.2000

附录

单片机程序：

#include//包含相应的头文件

#include

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar axs[6],azs[6],ac[10],dc[6];

void ITOAZ(int num,uchar *p);          

void ITOAX(int num,uchar *p);

float U,U1;

sbit CS=P3^4;//定义数模转换器硬件对应引脚

sbit CLK=P3^5;

sbit DO=P3^6;

sbit DI=P3^7;

/******************读写AD0832函数****************/

/************************************************/

unsigned char ReadADC(unsigned char channel)

{

 unsigned char j;

 unsigned char Temp=0;               

 DI=1;

 _nop_();

 _nop_();

 CS=0;//拉低CS端

 _nop_();

 _nop_();

 CLK=1;//拉高CLK端

 _nop_();

 _nop_();

 CLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿1

 _nop_();

 _nop_();

 CLK=1;//拉高CLK端

DI=(channel>>1)&0x1;

 _nop_();

 _nop_();

 CLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿2

 _nop_();

 _nop_();

 CLK=1;//拉高CLK端

 DI=channel&0x1;

 _nop_();

 _nop_();

 CLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿3

 DI=1;//控制命令结束

 _nop_();

 _nop_();

 for(j=0;j<8;j++)   //处理读入8位数据

   {

    CLK=0;

    _nop_();

Temp=(Temp<<1)|DO;

    _nop_();

    CLK=1;

    }

  CS=1;

  CLK=0;

  DI=1;

return(Temp); //返回转换值

}

/************************************************/

/************************************************/

/******************显示转换函数******************/

/************************************************/

//延时函数

void delay(uint n)

{

    uint a;

    uchar i;

for(a=n;a>0;a--)

        for(i=0;i<2;i++);

}          

//将浮点数转成函数

void ITOC(float f,uchar *c)

{

    float zs,xs;

    int bxs,bzs,i,k=0;

    xs=modf(f,&zs);         //分离整数部分与小数部分函数

    if(P3==0XFE)

    bxs=(int)((xs*100)+0.5);

    else

    bxs=(int)((xs*100)+0.5); //小数点后两位有效数字

    ITOAX(bxs,axs);      //把小数部分转换成字符串存入axs数组

    bzs=(int)zs;          //把整数部分转成整型

    ITOAZ(bzs,azs);      //把整数部分转换成字符串存入azs数组

    for (i=0;axs[i]!='s';i++)  //把最终结果存入c数组

        c[i]=axs[i];

    c[i]='.';

    for(k=0,i=i+1;azs[k]!='s';k++,i++)

         c[i]=azs[k];

if(U<0) c[i]='-';

    else c[i]=0xff;

    c[i+1]='s';

}

//将整型数转换成对应的

void ITOAZ(int num,uchar *p)          

{

    uchar w,i=0;

    do

    {

        w=num%10;    //将整型数各位分离，并转换成对应的字符存入a中

        p[i]=w;             

        num=num/10;

        i++;

    }while(num);

    p[i]='s';

}

//将小数数部分转换成对应的

void ITOAX(int num,uchar *p)          

{

    uchar w,i=0;

    do

    {

        w=num%10;    //将整型数各位分离，并转换成对应的字符存入a中

        p[i]=w;             

        num=num/10;

        i++;

     }while(num);

while(i<2)

     {p[i]=0;i++;}

     p[i]='s';

     w=p[i];

}

//显示译码函数

void decode(uchar *n,uchar *dn) 

{uchar i;

for(i=0; n[i]!='s';i++)

  {switch( n[i])

   {case 0: dn[i]=0x3F;break;

    case 1: dn[i]=0x06;break;

    case 2: dn[i]=0x5B;break;

    case 9: dn[i]=0x6F;break;

    case 3: dn[i]=0x4F;break;

    case 4: dn[i]=0x66;break;

    case 5: dn[i]=0x6D;break;

    case 6: dn[i]=0x7D;break;

    case 7: dn[i]=0x07;break;

    case 8: dn[i]=0x7F;break;

    case 46: dn[i]=0x80;break;

    case'-':dn[i]=0x40;break;

    default:dn[i]=0x00;break;

    }

  }

  dn[i]='s';

}

/************************************************/

/************************************************/

/********************主换函数********************/

/************************************************/

void main(void)

{

uchar i,j,P2_;

float A;

while(1)

{

U=ReadADC(0)/256.0;

switch(P1)

{case 0xfe:A=U*10*1.025;break;

 case 0xfd:A=U*100/1.09;break;

 case 0xfb: A=U*1000;break;

  default: A=0.0;break;

}

A=10*A;    

ITOC(A,ac);

decode(ac,dc);

  P2=0XFf;

  P2_=0Xfe;

for(j=0;dc[j]!='s';j++)

     {P2=0XFf;

      P0=dc[j];

      P2=P2_;

      delay(150);

      P2_=_crol_(P2_,1);

/*P2_<<=1;*/

      }    

}

}