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" Q; {( q L8 X1 G9 A a6 g5 T2 H
摘要:介绍了基于单片机航空交流电参数测试仪的系统设计。以Silicon Labs公司的C8051F005单
& A: U8 M) e P+ c片机为核心设计出数据采集板,通过RS-232串口与上位机通讯。运用Lab Windows/CVI编写的上 F M; E. r# \) C2 ~; ]7 V. [$ S D
位机软件实现信号的检测以及波形和数据的显示，给出了测试仪硬件电路的组成和软件流程困。
! K6 M: L+ Z- K, e本系统具有硬件结构简单、容易实现和成本低等特点，在实际应用中其稳定性、精确性均能满足客- c- K2 {: z9 j* b" _
户要求。
1 V* F$ }5 j4 X N5 m* y" Z! u: I5 c0 r3 a' R7 j! G) A
关键 词: C8051F005单片机;相位差;数据采集; Lab Windows/CVI
5 \6 g; }8 q6 T0 r$ ` A* E* ~- g5 w
1引言! M3 L- F" D- E; |4 R% D$ x
在运行过程中,航空设备对工作电源的稳定性
+ G* E2 c: d* `3 j4 _& h* z要求很高，因此,设计航空交流电参数测试仪对电; b* d7 U0 X' e6 }8 ^
源参数进行实时检测具有重要意义。
6 B, K5 g9 c# b测试仪的主控器件采用Silicon Labs公司的一
+ V3 d9 J/ F9 [4 a! M O款C8051F005单片机，它具有强大的数据采集、存
( }0 E7 ~* N4 }, {* _储、运算和控制功能。应用虚拟仪器[ab Windowse/) Q4 e) ^# S) f& P9 o
CVI软件分析和处理大量数据,以软件分析替代硬
% j! F0 C( [5 a0 D4 {7 R0 J件电路,大大简化了硬件电路,节约成本,提高系统. U) T: y0 F% g
的可靠性。
) n" r W: d ]2系统概述$ P$ L9 y2 |6 f/ ^. p k
基于测试技术与信号处理中的采样定理四,实
( c! O( G$ y1 n5 P! K; `: _9 r现对400 Hz航空交流电信号采集。系统充分发挥了
- J& V! @' O9 u1 a1 lC8051F系列单片机强大的数据采集能力,A/D采集
/ U$ Y% \0 x1 L) O# E速率可达到80 Kb/s,对于400 Hz航空交流电,每个
Z* `9 j! R' J( E1 R: V周期内的采样点数为200个。Lab Windows/CVI提2 W2 w" J* K; H
供了串口编程的函数库，这样便于用户开发程序。
7 T1 Y6 a# v0 n( h! k6 {应用软件分析计算出相位差、有用功率,功率因数、1 r2 V" u6 _* e; d- \4 U0 }6 P
电压基波有效值等参数。应用Lab Window8/CVI软3 V3 y. L& J$ m/ H& F$ A
件设计的用户界面具有良好的人机交互功能。
9 y( |9 m8 J0 k测试仪系统结构如图1所示。软件结构上、下2 n' D, |% |/ _# c7 P
位机采用Keil C软件编程，上位机采用Lab Win- ]& \1 Q5 q0 \6 |" o& r; N
dows/CVI软件编程。电路设计中,交流信号经过放.
' E3 ]4 O$ h, _; n大处理后,由频率测量电路、电压测量电路和电流9 Q0 r# [- j8 P' o1 ~; R/ [: ~: `
测量电路分别输人单片机,采集到的数据经单片机4 p5 {8 @2 D' `2 n
处理后,通过串口送到上位机做进-一步的信号分析
5 ?8 J: `) W. G5 p- R处理。单片机内部12位8通道AD转换器用于采
; c& o- Q- E2 b. D o$ Q样4路电压.4路电流信号,并将其转化结果通过* P& |- B1 [/ L
RS- 232串口送人上位机。根据这些信息，上位机用" b; ~7 O9 ^- k, k3 a
户界面显示电压、电流波形;用LabWindows/CVI中
+ I5 M( S9 F# M的相关分析函数计算相位差,根据离散积分公式内9 O7 R8 C; y3 `! j5 t9 P
计算电压、电流的有效值以及有用功率、功率因数,& j5 q, ?0 `5 E/ U0 _. x8 M
并在用户界面上，显示。
1 x- e/ ~( } t8 d; b7 K' k3硬件设计
! T6 N T+ x5 k3 d" ]3 n u3.1 C8051F005 单片机的选用' K6 I% `7 |7 b0 V1 O
C8051F005单片机囤功能强大的集成模块简化
% U3 V, D; g5 p# D( l/ Q了硬件电路设计。测试仪AD转换器选用
9 i8 [' }$ y- w/ H4 JC8051F005内部电压基准,是由内置的8通道12位
3 p* N5 d5 s: @! X8 qA/D转换器实现。频率测量采用PCA捕捉触发定时& K: O+ c+ }$ o8 h
器。与8051兼容的控制内核和内置的32KBFlash
2 F* \/ g, H% M9 S便于用户编程和电路设计。最重要的是片内2 304
& a" C% G: V1 ~3 a" h7 Y4 x$ w字节的RAM,执行速度可达25MI/s。与上位机通讯
" b X) [9 Y+ H$ t/ f时,可在RAM中开辟下位机的数据缓存区,这样下.
! D% o* }( `7 J位机可分时进行数据采集和数据传输，大大提高了
# D% s$ ?8 ^. W: J) m* ]数据采集速度。2 o) h5 Q6 w9 v* b, {1 c. t
将单片机I0口分配为:AI0~AI3为电压模拟
* e3 H5 E* x0 `3 u量输入口,Al4~AI7为电流模拟量输人口,P04~P074 C u( ^: v |9 g
为PCA捕捉输人口,用于测量频率。; D, ~! b/ ^$ A% l$ X
3.2信号调理电路
$ N- D6 r1 ?* l6 h8 ^% }电压信号采集电路如图2所示。采用互感器对& {3 m* s: W4 r- J
115 V航空交流电隔离降压，经差模放大后输人单' u0 A" H! S. M; G6 H
片机。采用VREF/2为参考电压基准,将交流电压信
% v) W& Z% h+ ]2 f号的零点提升到VREF/2,使采样到的正弦信号介.4 `3 `% ~: e2 ^" _3 B* F8 o# t
于0和VREF之间，单片机能够识别。而电压信号
/ s* z' i0 [5 w% G$ W7 C放大采用LM324差模放大,满足速度和精度要求。
# A- ]% g g. c1 y, t- r( G电流信号采集电路如图3所示，采用5:1 000的交
# F- Q0 J7 a5 Z3 e
$ z3 Z1 V Y& {& T5 K4 }' A; e! p9 r9 |+ a' N* d: q
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附件下载：5 \; h/ P" i' o! l7 r- E
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发表于 2020-2-6 13:09
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