基于单片机电量检测系统

摘? 要 ?? ?随着科学技术的不断发展，工业控制或检测(监测)系统对电量检测的要求也越来越高，特别是在产品的稳定性、检测精度和功能方面。该系统针对工程中的电量检测(监测)，提高系统的整体抗干扰能力，而研制开发的一种小体积、高性能的电量检测系统。 电量隔离传感器变送器可以对现场的大电流、高电压、功率、频率、相角、电度等电参量进行隔离测量和变换，也可以对各种微弱信号(如各种桥路信号)进行隔离放大和变换，将其调理后，变换成符合国际通用标准的电压、电流、频率等模拟信号或变换成数字量、开关量状态等信号输出。这些输出信号可以和传统的指针式仪表相接，也与现代的数字式自控仪表、各种AD转换器以及计算机系统直接配接，从而可以形成一个高可靠的工业检测(监测)或控制系统。 电量检测系统由电量传感器，A/D转换、数据处理及显示控制等组成，由3位共阴7段数码管扫描显示，最大分辨率1V，误差±1V。电量检测系统的核心为电量传感器，AT89S51单片机和ADC0809 A/D转换集成芯片。ADC0809片内带有锁存功能的8路模拟信号输入开关，可对8路输入模拟信号分时转换，具有多路开关的地址译码和锁存电路、8位A/D转换器和三态输出锁存器等。由单片机选择控制不同通道模拟信号输入，给ALE(地址锁存端)选择信号一个正脉冲，对地址信号进行锁存，开始A/D模数转换，当A/D转换结束后，EOC端输出高电平，单片机开始读取A/D转换后的数据。单片机进行数据处理，将二进制数转化为十进制数的BCD码，最终通过4511BCD译码器动态扫描驱动数码管显示电压值。可通过调节输入端的电位器，实现更大范围的电压测量，但精度会相应降低，误差也会相应增加。 关键词： 电量检测 AT89S51 ADC0809 A/D模数转换器 第1.1节 研究背景 电量检测系统是针对工程中的电量检测(监测)，提高系统的整体抗干扰能力，而研制开发的一种小体积、高性能的电信号量测模块。 通过电量隔离传感器/变送器可以对现场的大电流、高电压、功率、频率、相角、电度等电参量进行隔离测量和变换，也可以对各种微弱信号(如各种桥路信号)进行隔离放大和变换，将其调理后，变换成符合国际通用标准的电压、电流、频率等模拟信号或变换成数字量、开关量状态等信号输出。这些输出信号可以和传统的指针式仪表相接，也与现代的数字式自控仪表、各种 A/D转换器以及计算机系统直接配接，从而可以形成一个组成高可靠的工业检测(监测)或控制系统。 本文设计的电量检测系统在应用中，用户不需做二次开发工作，高电压或大电流信号可以直接接入产品， （通过端子、插针输入或穿孔方式输入） ，就可以得到相应的输出信号。因此电量检测系统作为信号调理、隔离和变换功能摸块，是工业控制和数据采集系统中比较理想的变送器产品。 随着科学技术的不断发展，工业控制或检测(监测)系统对电量隔离传感器的要求也越来越高，特别是在产品的稳定性、检测精度和功能方面。由于数字化产品不论其性能还是功能，如非线性校正和小信号处理方面，模拟产品是不可比拟的。因此，电量隔离传感器的数字化是一种必然趋势随着仪器仪表系统的数字化、智能化、网络化,完成自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变。而数字仪表采用新技术、新工艺，由LSI和VLSI构成的新型数字仪表及高档智能仪器的大量问世，标志着电子仪器领域的电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。 第1.2节 国内外研究的现状 随着科学技术和生产的发展，检测任务越来越复杂，工作量加大，检测速度测量准确度要求越来越高，这些都对检测仪器和检测系统提出了更高的要求。微机的出现为解决上述问题提供了条件。 利用微机的记忆，存储，数学运算，逻辑判断和命令识别等能力，发展了微机化和自动测试系统。近年来微机和大规模集成电路发展很快，价格大幅下降，同时在检测系统中还解决了通用接口母线标准化问题，使微机化仪器和自动检测系统得到了很大发展，正改变着电子测量的面貌。 我们正处于一个科学技术日新月异的时代，微电子技术的迅速发展，使我们可以也许只需要一片集成电路就可以取代以前的“散件”式组合的设计，免去了装调、匹配的麻烦，降低了成本，提高了系统的可靠性。 随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成度越来越高，已经可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器/计时器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A/D、D/A转换器等电路。人们把这种超大规模集成电路芯片称作“单片机微控制器”，简称单片机。单片机的出现，引起了仪器仪表的根本性的改革。以单片机为主体，取代传统仪器仪表的常规检测电路线路，可以容易地将计算机技术与检测控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化检测控制系统”。这种新型的智能仪表在检测过程自动化、检测到的结果数据处理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。 从广义上讲，凡是利用电子技术来进行的检测都可以说是电子检测；从狭义上来说，电子检测是在电子学中测量有关电的量值。 与其他一些测量相比，电子检测具有以下几个明显的特点： （1）测量频率范围极宽，这就使它的应用范围很广 （2）量程很广 （3）测量准确度高 （4）测量速度快 （5）易于实现遥测和长期不间断的测量，显示方式又可以做到清晰，直观 （6）易于利用计算机，形成电子检测与计算技术的紧密结合 电量检测是电子检测的一个重要内容。随着电子技术的发展，对电量检测提出了一系列的要求，主要可概括为： （1）应有足够宽的电量检测范围 （2）应有足够高的测量准确度 （3）应有足够高的输入阻抗 （4）应具有高的抗干扰能力 数字式电量表在近年来以成为极其精确，灵活多用的电子仪器，并且价格正在逐渐下降。数字式电量表能很好地与其他数字仪器相交接，因此在电压测量系统的发展中是非常重要的。目前，由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工检测、工业自动化仪表、自动检测系统等智能化检测领域，示出强大的生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量检测技术提高到崭新水平。? 第1.3节 论文结构? 基于单片机的电量检测系统，采用AT89c51单片机,电量传感器，A／D转换器ADC0809为主要硬件,实现电量检测系统的硬件电路与软件设计。 主要有电量检测，A/D转换、数据处理及显示控制等四个模块。本论文第一章介绍电量检测系统的研究背景。第二章是包括选用的AT89S51、ADC0809的介绍，详细讲述该系列单片机的技术，硬件结构，特性，软件编程以及应用。第三章呈现了本设计的相关电量检测系统的原理，设计思路和原理图。第四章为基于AT89S1、ADC0809单片机的电量检测系统的硬件电路设计和软件设计，包括硬件电路图，其中有输入输出电路等，主程序流程图，主程序，运行程序，程序运行图，结论，应用和发展。第五章介绍了电量检测在实际工业中的应用，例如在家庭，工厂，电厂和其他相关单位等。