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9 k$ c, {" P2 Q. _
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
7 ^ i$ Z$ [6 H( H: k7 H& S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
% ~8 R/ s& Y U0 ?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。) \" A7 K. r& X' r8 ~, L" @! k
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# |7 W: e% u K, c. T) r& |
户要求。
, ?) ~; j, D4 `3 B8 |) G0 N6 g# p, {4 L% U& D
关键 词: C8051F005单片机;相位差;数据采集; Lab Windows/CVI
& C# J. [7 R2 v+ o- R8 m' K1 E* {( M# F, i/ q4 y) {6 F
1引言
8 r& D% s$ o# p: @" a在运行过程中,航空设备对工作电源的稳定性
6 e- m" N+ W- N, f- V要求很高，因此,设计航空交流电参数测试仪对电1 A% W7 Q6 v N8 W4 S0 K( q
源参数进行实时检测具有重要意义。
- K5 C% |# U V. Q测试仪的主控器件采用Silicon Labs公司的一
' l) q w, i) l4 p款C8051F005单片机，它具有强大的数据采集、存3 R7 ^8 R% d. h2 X) \3 ]$ R
储、运算和控制功能。应用虚拟仪器[ab Windowse/! V5 R0 T* R4 b/ N, Q; y
CVI软件分析和处理大量数据,以软件分析替代硬% {0 [7 U! M' Y* F. Q- c
件电路,大大简化了硬件电路,节约成本,提高系统
3 j( P; L! u @% Q0 n$ w. f的可靠性。
( j& U+ B6 F! c! N( @% G2系统概述
0 r0 j6 o6 B# | N v/ m基于测试技术与信号处理中的采样定理四,实
* c$ T7 g: r3 n现对400 Hz航空交流电信号采集。系统充分发挥了
4 e" d9 p8 d9 a- LC8051F系列单片机强大的数据采集能力,A/D采集3 z" p# D# M5 I
速率可达到80 Kb/s,对于400 Hz航空交流电,每个6 l6 a1 I5 M9 t3 i
周期内的采样点数为200个。Lab Windows/CVI提% u. ?0 B) ^& `/ X: R+ a- Y, k
供了串口编程的函数库，这样便于用户开发程序。* s( S# J2 r* v# C
应用软件分析计算出相位差、有用功率,功率因数、
) K1 t. ?2 x9 y. W: U电压基波有效值等参数。应用Lab Window8/CVI软
8 s: }' i ^/ Y% f+ o件设计的用户界面具有良好的人机交互功能。
. \/ h. f |0 V( Y" f测试仪系统结构如图1所示。软件结构上、下
0 R' d, U3 A4 ]0 W位机采用Keil C软件编程，上位机采用Lab Win-
6 v" l- Z8 R* z+ O9 K+ w$ I4 Ydows/CVI软件编程。电路设计中,交流信号经过放.% Z- X4 p+ j% J `) c. H4 l- i
大处理后,由频率测量电路、电压测量电路和电流( y8 K- _: |4 J
测量电路分别输人单片机,采集到的数据经单片机
" ^. {8 v4 L7 Y& e0 B' q& V处理后,通过串口送到上位机做进-一步的信号分析
2 E- v: U" j! l, O# @& n* T7 }处理。单片机内部12位8通道AD转换器用于采
8 V/ P4 U6 f: C1 V0 `, D样4路电压.4路电流信号,并将其转化结果通过
7 E6 [# x3 U/ x* t' x- U, j6 e6 tRS- 232串口送人上位机。根据这些信息，上位机用5 n4 S6 m8 H9 l$ I
户界面显示电压、电流波形;用LabWindows/CVI中7 L1 ]; ]( |) B
的相关分析函数计算相位差,根据离散积分公式内
$ V R, u# H1 `1 ~6 `计算电压、电流的有效值以及有用功率、功率因数,4 O ]3 N" @$ i- b6 U6 u! \
并在用户界面上，显示。
+ X7 g0 c3 I$ s# v1 O3硬件设计
) S% D6 c8 M; q6 L) j5 M* A3.1 C8051F005 单片机的选用# h- I0 ^! C) ^
C8051F005单片机囤功能强大的集成模块简化2 U: R) ] C" y; u. L1 I8 |* g
了硬件电路设计。测试仪AD转换器选用
3 p9 U. j9 M$ k* W0 O; Y" A1 vC8051F005内部电压基准,是由内置的8通道12位
y* t% v% W- X; |' `$ E' hA/D转换器实现。频率测量采用PCA捕捉触发定时 i9 l+ ^; ~9 w6 U/ O p F5 C
器。与8051兼容的控制内核和内置的32KBFlash
, Y. d2 P9 f- g% C. x, z% l便于用户编程和电路设计。最重要的是片内2 304; c2 C* A+ l" {8 o- g: U, A% u/ ?
字节的RAM,执行速度可达25MI/s。与上位机通讯, d0 x) l; [* g7 Q. v
时,可在RAM中开辟下位机的数据缓存区,这样下.
1 r3 F2 Z/ x( b! v位机可分时进行数据采集和数据传输，大大提高了) U2 r/ k4 B- W" g7 n% g
数据采集速度。
- e# `1 s' z+ `3 y8 o6 O5 k将单片机I0口分配为:AI0~AI3为电压模拟/ C4 H P6 _) z! g8 b
量输入口,Al4~AI7为电流模拟量输人口,P04~P07
' X2 i. A+ k+ `& _1 p为PCA捕捉输人口,用于测量频率。
R, O! a$ z, e7 ?3.2信号调理电路% V9 [5 p+ s' K( O( a& J+ M* t
电压信号采集电路如图2所示。采用互感器对
' g& \+ t9 c0 q8 e115 V航空交流电隔离降压，经差模放大后输人单
( \2 T/ ^6 ^7 _片机。采用VREF/2为参考电压基准,将交流电压信2 a- q! w$ R% p3 Q
号的零点提升到VREF/2,使采样到的正弦信号介./ e/ C. Y% J/ Z1 Z; ^( L7 p9 n% h
于0和VREF之间，单片机能够识别。而电压信号0 B& [2 j+ {+ J9 W6 C ^8 Z% f' m8 Z
放大采用LM324差模放大,满足速度和精度要求。
( H, i! x' e4 B% q' t; P1 y- y电流信号采集电路如图3所示，采用5:1 000的交0 r) t# C ~$ z+ X) ^- G- f
) `+ q+ s/ f4 L& J! `: \1 h4 d$ r/ N) u( T2 m' Q
/ \+ ]4 V/ m0 M9 V6 ^1 A1 X8 T附件下载：
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发表于 2020-2-6 13:09
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