李小霞

摘要：該文基于51單片機(jī)完成了一款簡(jiǎn)易功率計(jì)的設(shè)計(jì)。通過信號(hào)采樣、A/D轉(zhuǎn)換，把電壓和電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后送至單片機(jī)進(jìn)行處理，最后將電壓、電流和處理后的功率值顯示在LCD液晶屏上。電壓、電流超過設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。經(jīng)過設(shè)計(jì)，完成整體電路的測(cè)量，測(cè)試顯示功率計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確，精度較高，讀數(shù)直觀，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);功率計(jì);模數(shù)轉(zhuǎn)換

中圖分類號(hào)：TN07

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）10-0245-03

率測(cè)量是一個(gè)熱點(diǎn)研究問題，在工業(yè)儀器儀表中，有著舉足輕重的作用，隨著數(shù)字化時(shí)代的來(lái)臨，現(xiàn)代功率測(cè)量越來(lái)越趨于自動(dòng)化、數(shù)顯化、簡(jiǎn)易操作。但當(dāng)前功率計(jì)存在體積笨重、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)，基于此，本文擬以51系列單片機(jī)作為控制核心，設(shè)計(jì)完成了一款簡(jiǎn)易功率計(jì)，經(jīng)過測(cè)試，該裝置可單獨(dú)測(cè)量電壓和電流、功率。數(shù)顯簡(jiǎn)易，操作簡(jiǎn)單，體積小，成本低。

1方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成，硬件部分主要完成電壓、電流信號(hào)的采集處理、信息的顯示等;軟件主要完成對(duì)采集的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波處理及顯示控制等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2單元電路設(shè)計(jì)

2.1電壓、電流采樣模塊的設(shè)計(jì)

電壓、電流的采樣需要同時(shí)輸入電壓和電流。設(shè)計(jì)過程中考慮測(cè)量的量程，電壓和電流值均設(shè)置了最大值，超過最大值后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。在采樣后的電壓、電流，通過CHO和CHl輸入ADC0832轉(zhuǎn)換器中，轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)輸送給單片機(jī)，單片機(jī)再進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算。如下圖2所示。

電流的采樣：利用一個(gè)小電阻與其串聯(lián)。圖示中，P3的l端口和P5的2端口串聯(lián)一個(gè)2.2R的電阻。其重要的原理是電流不能直接采樣，設(shè)計(jì)的思想同樣是將電流轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行采樣的。

電壓的采樣：利用兩個(gè)大電阻與其并聯(lián)。圖示中，P3的2端口和P5的1端口并聯(lián)一個(gè)51K和10K的電阻。

2.2模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)電路是將電壓、電流模擬采樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)。

模數(shù)轉(zhuǎn)化采用ADC0832作為與單片機(jī)的接口電路，它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，體積小、兼容性強(qiáng)，是逐次逼近式型傳感器。它具有4條數(shù)據(jù)線：CS、CLK、DO、DI，且內(nèi)部具有輸出鎖存器，可與AT89C51單片機(jī)直接相連。其工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32us。A/D轉(zhuǎn)換電路電路如圖3所示。

2.3液晶顯示模塊

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)顯自動(dòng)化，本設(shè)計(jì)采用LCD液晶顯示器。其最佳工作電壓為+5V左右。液晶顯示模塊電路如圖3.4所示。相比較一般的數(shù)碼管顯示，液晶顯示會(huì)更加清晰、直接，驅(qū)動(dòng)也更簡(jiǎn)單。

2.4聲光報(bào)警電路模塊

聲光報(bào)警電路采用PNP型三極管作為驅(qū)動(dòng)期間，采用有源蜂鳴器進(jìn)行設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，電源端接有發(fā)光二極管進(jìn)行報(bào)警提示，具體電路如圖5所示。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)端出現(xiàn)高電平時(shí)，三極管的基極和發(fā)射機(jī)均為高電平，該三極管截止，此時(shí)蜂鳴器不發(fā)聲，發(fā)光二極管的陽(yáng)極和陰極也均為高電平，二極管也截止。黨控制端為低電平時(shí)，二極管的陰極為低電平，陽(yáng)極為高電平，發(fā)光二極管亮，三級(jí)管的基極為低電平，發(fā)射極為高電平，三極管飽和導(dǎo)通，蜂鳴器得電發(fā)聲，從而達(dá)到聲光報(bào)警的目的。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1主流程圖的設(shè)計(jì)

先設(shè)置好系統(tǒng)的初始化，然后進(jìn)行電壓、電流采樣，將采樣后的信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換完成后將數(shù)字信號(hào)送人到單片機(jī)中進(jìn)行處理計(jì)算，最后將處理后的電壓、電流、功率顯示在液晶屏上。電壓、電流、功率顯示流程圖如圖6。

3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖的設(shè)計(jì)

模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖如圖7所示。啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，低電平有效，轉(zhuǎn)換結(jié)束后檢查EOC標(biāo)志位是否完成置位，最后將轉(zhuǎn)換完成的數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)到單片機(jī)中進(jìn)行處理和計(jì)算。

3.3單片機(jī)計(jì)算處理流程圖的設(shè)計(jì)

單片機(jī)的計(jì)算處理是我們本設(shè)計(jì)的核心部分，計(jì)算處理的成功主要取決于兩個(gè)方面：一個(gè)是硬件f包括電壓電流的采樣和A/D轉(zhuǎn)換器）的選取，另一方面是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。單片機(jī)計(jì)算處理流程圖如圖8。

3.4顯示函數(shù)流程圖的設(shè)計(jì)

顯示函數(shù)流程圖如圖9。

4調(diào)試與結(jié)果分析

根據(jù)軟硬件的設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，其調(diào)試結(jié)果如圖10所示。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。