一種便攜式電力參數(shù)監(jiān)測儀

1、一種便攜式電力參數(shù)監(jiān)測儀        摘要：介紹以PIC16F877微控制器為核心的便攜式電力參數(shù)監(jiān)測儀的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理與軟件流程。關(guān)鍵詞：微控制器；電力參數(shù)；監(jiān)測1儀器的構(gòu)成與工作原理11儀器的構(gòu)成圖1為儀器的原理框圖。儀器由傳感器、低通濾波、采樣保持、信號調(diào)理（含整形電路）、鑒相電路、PIC16F877微控制器系統(tǒng)、LCD顯示以及操作鍵等部分組成。圖中，被測交流電壓、電流信號經(jīng)過傳感器隔離變換后，變成55V的測量信號，經(jīng)低通濾波，濾除信號中的高頻干擾分量。根據(jù)同步采樣定理，PIC16F877微控制器產(chǎn)生同

2、一采樣脈沖信號控制各采樣保持器，實現(xiàn)對多路信號的同步采樣，并將此采樣信號送PIC16F877內(nèi)部集成的10位AD轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過數(shù) 據(jù)分析處理，保存、打印和顯示測量結(jié)果。為增加信號過零點的變化率，提高電路的抗干擾能力，傳感器輸出的信號須經(jīng)調(diào)理電路進行限幅放大、整形得到標(biāo)準(zhǔn)的方波信號。三路方波信號送PIC16F877微控制器，可實現(xiàn)被測信號的周期測量。兩路方波信號經(jīng)過鑒相電路后，可得到與相位相關(guān)的脈沖信號，求出兩路信號的相位差值。12儀器的工作原理 （1）電壓、電流測量 在一個周期內(nèi)對電壓、電流連續(xù)采樣，對得到的N個采樣數(shù)據(jù)分別計算出電壓U、電流I的有效值：式中，uk和ik分別為電壓和電流的第k次采

3、樣值。（2）相位、功率測量相位的測量采用過零鑒相法，即對兩路同頻信號進行限幅放大、整形，通過記錄同向過零點時間差內(nèi)的脈沖數(shù)，計算出兩路信號的相位差ø：式中，T為被測信號的周期，t為兩路信號過零點時間差值，Ts為采樣周期，n為記錄的采樣脈沖數(shù)值。求得相電壓和電流的相位差ø，則功率因數(shù)為cosø。利用電壓和電流的有效值則可計算出有功功率PUIcosø，無功功率QUIsinø和視在功率SUI。（3）電壓偏差的測量電壓偏差eu為電網(wǎng)電壓相對于額定電壓的偏離程度。計算式為：式中，U為被測電壓的實測值，UN為額定電壓值。（4）頻率偏差的測量電網(wǎng)頻率的測量計

4、算通常采用測量周期的方法來實現(xiàn)。通過硬件檢測輸入信號波形的過零點，采用倍頻計數(shù)的方法求出信號周期T。也可將交流采樣法得到的采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波，濾出其中的基波后，通過檢測波形過零點的時刻，求得相應(yīng)周期T，T的倒數(shù)即為電網(wǎng)的頻率。電網(wǎng)頻率的偏差ef為電網(wǎng)的實際頻率f相對于額定頻率fN（50Hz）的偏離程度，用下式表示：數(shù)據(jù)處理是儀器軟件設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容，圖4為數(shù)據(jù)處理子程序流程圖。根據(jù)讀取的三相電壓、三相電 流瞬時值的AD轉(zhuǎn)換量，計算出對應(yīng)電壓和電流的有 效值及電壓偏差等電力參數(shù)值。通過寫控制寄存器CCP1CON的CCP1M3和CCP1M2工作模式粗選位為01，將CCPl模塊設(shè)置為輸入捕捉工作模式，再根據(jù)16位寄存器CCPR1抓取的定時器TMR1的累加計數(shù)值，求得被測信號的周期值。設(shè)置TMR0為計數(shù)器工作模式，并將分頻比設(shè)定為11，在高速晶振X1的配合下記錄TMR0的輸入脈沖數(shù)，即可得到相位差計數(shù)值。然后通過查表得出相應(yīng)的三相功率因數(shù)，進一步求出三相有