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PIC单片机对复费率电能表时钟误差分析仪系统的设计

发布时间:2019-12-31 15:14    点击次数:146次   

  随着社会的发展,用电量增大,为提高用电效率,改善用电量不均衡的现象,国内各省市的电力部门己开始全面推出了复费率电能表,计量单位对复费率电能表检定的任务越来越繁重[1-2]。时钟的准确性是分时计量最重要的一部分。目前的计量单位对复费率电能表时钟检定的方法已经逐渐不能满足需要。为了解决目前复费率电能表时钟检定存在的问题,本文设计了一种基于PIC单片机的复费率电能表时钟误差分析仪的系统。该系统是一种便携式时钟误差检定装置,集计时检定,数据处理,数据传送等功能于一体,具有快捷、准确、有效的特点。

  系统测量频率采用的是多周期同步测量方法,这种方法是在直接测频的基础上发展测量方法,在目前的测频系统中得到越来越广泛的应用。多周期同步法测频技术的闸门时间不是固定的值,而是被测信号的整周期倍、即与被测信号同步,因此消除了对被测信号计数产生的±1个字误差,测量精度大大提高,而且达到了在整个测量频段的等精度测量。

  日计时误差值:式中:Nx为对电能表的实际计数值;Ns、fs分别对应于电能表的标准值。系统最终将显示测量的电能表频率及日计时误差值。

  2.1系统硬件组成 系统主要有3部分组成:前端电路、主控回路、显示及通讯部分。系统组成框图如图l所示。

  当晶振工作时,会产生微弱的电磁波,且电磁波的频率和晶体振荡的频率一致。系统首先采集晶振频率信号,然后把采集到的信号通过滤波放大电路滤去高频干扰和低频漂移信号,同时也进行线性放大,使之变为一波形正规幅值适当的正弦信号,然后经过A/D转换变成数字信号进入:PIC单片机处理。

  系统采用一种改进的双T型选频网络,在提高Q值的同时不影响其他参数变化,带通宽度更窄,带通效果更为显着。具体做法是:在反馈网络中再接一个同相输比例运放作为双T网络的负载。电路如图2所示。

  A/D转换采用的是ADS7826芯片,该芯片是双12位,500 kHz的模拟数字(A/D)转换器,带有6条全差分输入通道,这些通道分为3对,用于进行高速同步信号采集。对采样与保持放大器的输入是全差分的并且保持差分状态直到A/D转换器的输入。这样在频率为50 kHz时仍可提供80 dB良好的共模抑制比,这在高噪声环境中是非常重要的。

  本系统采用的处理器是PIC16F87X系列单片机[5-7]。PICl6F87X的内部有3个计数器(Timer0,TImerl.TIm-er2)和一个看门狗定时器(watchdogTImer,WDT),这些计数器的结构与特性并不完全相同,具体到本系统使用的情况,被检定的信号频率的大概值为32768 Hz,基准频率为10 MHz。因此使用单片机内部的TImer0和Timerl两个计数器,基准频率信号使用Timer1,被检定的信号使用Timer0。Timer0是8位,最大计数值为256,Timerl是16位,最大计数值为65 536,各需要外接一个8位计数器才能满足需要。采用74LS393是双四位的二进制计数器可将计数增至24位。

  系统中采用的是多周期同步测频法,需要在对被测信号开始计数的同时对基准信号计数,当被测信号计时完成的同时基准信号的技术也要停止。这一过程可以采用PIC16F87x内置的CCP模块来实现。CCP模块是指捕捉/比较/脉宽调制模块((2apturelC20mparelPWMmodule,CCP module),该模块可以提供外部信号捕捉、内部比较输出以及PWM输出这3种功能。捕捉与比较功能在基本的动作方式是相同的,在搭配定时器使用时,捕捉指的是侦测引脚上输入信号的状态。在信号的变化吻合设定的条件时(信号上升沿或下降沿出现时),产生中断并记录当时的定时器值;比较是将事先设定好的值与定时器的值相互比较,一旦两个值相等时,产生中断并驱动事先设定好的动作;PWM则是输出脉冲宽度可调的信号,脉冲的周期(period)和工作循环周期(duty cycle)是由内部的定时器比较产生的,因此也需要搭配定时器来使用。

  系统显示采用AY0438驱动4位LCD显示电路。AY0438是.MicroChip公司生产的一种完整的CMOS显示驱动器,可在单片机或微处理器的控制下直接驱动LCD显示模块。它结构简单,使用方便。特别是在驱动32段LCD显示器方面,更能显示出它的精巧和方便。AY0438只用3条控制线即可连续不断地向与它相连的LCD显示器输进驱动信号。该器件内含32位锁存器,它既可以对被显示的数据进行锁存,也可以锁存微处理器的状态或波形。系统最终频率测量结果和日误差值将由其显示。

  本文采用该系统对不同标准频率进行测试后,得到该系统的频率测量准确度:±0.15 PPM,日误差准确度≤10 ms。该系统采用多周期同步测量方法利用PIC单片机实现了复费率电能表误差检定仪的设计,具有体积小、重量轻、稳定可靠、易于操作、测量精度高的特点,实现了复费率电能表的误差检定。

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  :三相桥式半控整流电路、同步信号取样电路、单片机控制电路、晶闸管触发电路。首先,由同步信号取样电路得到同步信号并送集成触发芯片TC787,经过零检测,再进行相应的延时以实现移相。单片机中的ADC负责采集直流母线电压,根据电压的设定值与实际值的偏差经过PI运算来调节给定输出。PIC单片机将电压的参考值输出到TC787,由TC787实现对晶闸管的移相触发,以实现整流调压。硬件电路的整体框图如图1所示。图1 系统硬件整体框图主电路设计主电路采用三相桥式半控整流电路,直流测采用LC滤波电流结构,主电流原理图如图2所示。半控桥选择SEMIKRON公司的SKDH146/120-L100模块,该模块额定电流140A,额定电压1200V。直流侧采用

  有自己的指令系统,即通道程序,可以与CPU并行操作,独立管理外设和实现主存和外设之间的信息传输,使CPU摆脱了繁忙的I/O操作。在配置通道的计算机系统中,不仅能实现CPU与通道的并行操作,而且通道与通道、各通道的外设之间均能实现并行操作,因而有效地提高了整个系统的使用效率。四、PIC单片机之I/O控制操作分析其实控制单片机,就是控制寄存器上的各个位,设置成高设置成低。就好像给你一台机器有 8个的按钮。然后你根据说明书上介绍,根据你的需要按下 或者松开相应的按键 来得到你想得到的功能。只不过我们用的不是手而是C语言来按下和松开这些按键。TRISA寄存器是方向控制寄存器。就是控制I/O输入还是输出。比如 TRISA寄存器中的

  太阳能热水器因具有节能环保、使用费用低廉等优点正快速进入千家万户,与太阳能热水器配套的水温水位控制器十分方便用户的使用,产品市场前景好,被受到广泛重视和研究。但当前使用的水温水位控制器仍存在着许多缺馅,如按键功能设计不合理,需要复用按键,用户操作离不开说明书,操作仪表复杂,给用户带来了许多麻烦;选用的水温传感器参数和测量电路不合理,容易因热击穿损坏;水位传感器容易结水垢或开裂故障多,使用寿命短,维修成本高。迄今为止,国内外还没有质量过关的水温水位控制仪。针对上述问题,为使控制器的功能更全面实用,操作更简便、直观,提高传感器的可靠性,降低维修成本,笔者结合PIC单片机和NTC热敏传感器技术,设计了一个适用于落水式太阳能热水器的控制器

  行A/D转换。这种做法比较麻烦,也很占用时间,并且从调试结果来看,问题并没有解决。在反复进行调试中,最后得到的优化解决办法是:对于通道间转换以及同一通道信号转换,要对每一个信号至少进行两次A/D转换;第一次的转换结果,舍弃不予处理,只取第二次A/D转换的结果。从调试结果来看,很好地解决了这一问题。3 软件开发小技巧PIC单片机采用精简指令集,例如对于PICl6F716单片机,只有35条单字节指令。要用这么少的指令实现复杂的控制或计算,显然要在软件设计上多下功夫,并且PIC的指令系统与51系列单片机有很大不同,这让PIC初学者很不适应。下面笔者就自己的体会,谈一些软件设计需要注意的问题。3.1 指令的大小写问题编写PIC单片机的源程序

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  引言20世纪90年代以来,随着集成电路特征线宽的持续缩小以及芯片密度和工作频率的相应增加,降低功耗已经成为亚微米和深亚微米超大规模集成电路设计中的一个主要考虑因素。功耗的增加会带来一系列问题,例如电路参数漂移、可靠性下降、芯片封装成本增加等。因此,系统的功耗在整个系统设计中,尤其是在采用电池供电的系统中显得十分重要。MICroChip公司PIC系列的单片机为设计高性能、低功耗的单片机系统提供了很好的解决方案。下面从低功耗设计方法及具体例子来介绍PIC单片机低功耗应用。1 低功耗设计方法为使系统工作在低功耗状态,必须正确设置单片机的配置及工作方式。下面结合最常用的PIC12、PIC16等单片机介绍低功耗系统的设计方法。1.1

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