基于单片机的智能功率因数记录仪的设计与研制

摘要

长期以来功率因数的测量大多采用电动系指针仪表，精度较低且不具备自动记录功能，需要企业电工定时抄表记录并进行补偿。由于缺乏有效的监控措施，加上有些企业置国家电网利益于不顾，补偿设备不健全或运行维护人员缺乏责任心，长时间以过低的功率因数运行不能及时进行补偿，为了逃避处罚而伪造记录，使电能资源蒙受巨大损失。
　　本文通过对目前大多数功率因数测量仪表应用现状的分析和研究，提出了一种智能功率因数记录仪的设计方案。该系统以单片机为控制核心，结合检测技术，对功率因数进行实时测量、数字显示和自动定时打印，并可根据需要增加控制参数，同时在系统中设计一个通信模块，可实现对功率因数记录仪的远程控制和管理。整个系统主要以AT89S51为核心的控制部分，实现对功率因数的存储、显示和处理，应用CS5460A计量芯片采集电流电压检测信号，并输出多路信号实现对功率因数记录仪相应功能的实时控制，两部分之间以串口进行通讯。为实现多台功率因数记录仪的集中管理，提出基于485总线的上下位机的通信结构，设计硬件电路原理图，并进行了程序设计。本文从功能设计、元器件选择、硬件电路设计和软件设计等几个方面对该控制系统进行阐述。
　　通过多次运行测试证明，功率因数记录仪能进行实时测量，数字显示和自动定时打印，可以大大减轻电力运行维护人员定时抄表的烦琐劳动，若同时采用电力部门配发的专用印签的打印纸卷打印，可杜绝伪造，实现有效监管。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 课题研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 课题研究的步骤

第二章 智能功率因数记录仪的总体设计

2．1 智能功率因数记录仪设计性能指标要求

2．2 方案比较

2．3 智能功率因数记录仪设计总体方案

2．3 本章小结

第三章 智能功率因数记录仪的硬件设计

3．1 硬件的总体结构

3．2 智能功率因数记录仪主要元件的选取

3．2．1 AT89SSl单片机

3．2．2 电流互感器

3．2．3 电压互感器

3．2．4 计量芯片CS5460A

3．2．5 过零比较器

3．2．6 相位比较器

3．3 各模块硬件设计

3．3．1 电压电流采集模块设计

3．3．2 数据存储、看门狗、复位电路模块设计

3．3．3 时钟模块设计

3．3．4 显示模块电路设计

3．3．5 键盘模块电路设计

3．3．6 微型打印机模块电路

3．3．7 通讯模块

3．4 本章小结

第四章 智能功率因数记录仪的软件设计

4．1 主程序设计

4．2 中断服务程序

4．3 数据显示子程序

4．4 时钟读取子程序

4．5 键盘处理子程序

4．6 通信模块

4．6．1 通信总线的选择

4．6．2 通信系统总体连接

4．6．3 通讯协议的设计

4．6．4 下位机通信软件设计

4．6．5 PC机通信程序设计

4．7 本章小结

第五章 智能功率因数记录仪的抗干扰设计

5．1 硬件电路抗干扰设计

5．1．1 引起单片机控制系统出错的外在原因

5．1．2 电路抗干扰设计

5．2 软件电路抗干扰设计

5．2．1 数据采集误差的软件抗干扰设计

5．2．2 输出通道中软件抗干扰设计

5．2．3 程序执行过程中的软件抗干扰设计

5．3 本章小结

第六章 整机调试与性能指标测试

6．1 硬件调试

6．1．1 脱机调试

6．1．2 联机调试

6．2 软件调试

6．3 整机联调

6．4 误差分析

6．4．1 电流输入电路的误差分析

6．4．2 电压输入电路的误差分析

6．4．3 数据采集电路的误差分析

6．4．4 误差的综合

6．5 系统测试报告

6．6 本章小结

结束语

致谢

参考文献

附录