摘要：本文介紹了交流采樣的沒量原理，通過at89c51來實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電的電壓、電流、功率、功率因素等電參數(shù)的智能測(cè)量，給出了整個(gè)系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)框圖。 關(guān)鍵詞：交流采樣 智能測(cè)量 單片機(jī) 在微機(jī)應(yīng)用初期，電力系統(tǒng)的參數(shù)普遍采用直流采樣，即對(duì)經(jīng)過直流整流后的直流量進(jìn)行采樣測(cè)量。此方法軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，對(duì)采樣值只需做比例變換即可得到被測(cè)量的數(shù)值。但直流采樣方法存在一些問題：測(cè)量精確度直接受整流電路的影響；整流電路參數(shù)調(diào)整困難，受波形因素影響大等。而交流采樣是按一定規(guī)律對(duì)被沒信號(hào)的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，再用一定的數(shù)值算法求得被測(cè)量的值。交流采樣法主要取決于兩個(gè)因素：測(cè)量精度和測(cè)量速蝶戀花。交流采樣相當(dāng)于用一條階梯曲線代替一條光滑的正弦曲線，其原理性誤差主要有兩項(xiàng)：一項(xiàng)是用時(shí)間上的離散數(shù)據(jù)近似代替時(shí)間上的連續(xù)數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的誤差，這主要取決于a/d的轉(zhuǎn)換速度和cpu的處理速度；另一項(xiàng)是將連續(xù)的電壓和電流進(jìn)行量化而產(chǎn)生的量化誤差，這主要取決于a/d轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，如今的微機(jī)、單片機(jī)的處理速率大大提高，同時(shí)也出現(xiàn)了種類繁多而且性能價(jià)格比很好的a/d轉(zhuǎn)換器，如ad574、mac197等，為交流采樣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 一、 交流采樣法的測(cè)量原理 若將電壓有效值公式

離散化，以一個(gè)周期內(nèi)有限個(gè)采樣電壓數(shù)字量來代替一個(gè)周期內(nèi)的連續(xù)變化的電壓函數(shù)值，則

式中：△tn——相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔。 un——第n-1個(gè)時(shí)間間隔的電壓采樣瞬時(shí)值。 n——一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)。 一般認(rèn)為相鄰兩次時(shí)間相等，即△tn為常數(shù)△t，考慮到n=t/△t

這就是根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)各采樣瞬時(shí)值及采樣點(diǎn)數(shù)來計(jì)算電壓信號(hào)有效值的公式。 同理，有電流有效值計(jì)算公式

計(jì)算一相有功功率的離散化公式為：

同理，三相有功功率為：

視在功率： ps=ui （7） 式中in,un——為同一時(shí)刻的電流，電壓采樣值 功率因素為：cosθ=pp/ps (8) 顯然，a/d轉(zhuǎn)換精度、分辨率及速度越高，對(duì)信號(hào)的采樣頻率和精度就越高，則由離散公式求得的電力參數(shù)精度就越高。由at89c51控制的ad574完全能滿足實(shí)用要求。 二、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件框圖如圖1，硬件電路由數(shù)據(jù)采集部分、單片機(jī)系統(tǒng)及接口部分組成。 三相電壓和電流信號(hào)加到取樣電路的輸入端，信號(hào)按比例變換為峰值小于±5v的交流電壓信號(hào)，再經(jīng)阻抗變換，經(jīng)16選一多路模擬開關(guān)，lf398采樣保持電路加到ad574的輸入端。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)采用美國(guó)atmel公司的at89c51，內(nèi)帶4k片內(nèi)rom，ad574可輸入±5v或±10v交流電壓信號(hào)，12位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換最大時(shí)間為25μs，完全滿足測(cè)量精度要求。 在測(cè)量功率時(shí)，必須同時(shí)對(duì)電壓和電流信號(hào)進(jìn)行采樣，考慮電源頻率一般不高（50hz），根據(jù)實(shí)際情況，本系統(tǒng)采用單片機(jī)對(duì)電壓，電流信號(hào)進(jìn)行交替采樣，且電流信號(hào)要經(jīng)過i/u變換，轉(zhuǎn)換成小于±5v的電壓信號(hào)后，再送到輸入端。這樣不僅可以簡(jiǎn)化硬件電路，而且減小了由于兩路數(shù)據(jù)采集和處理電路不對(duì)稱所帶來的誤差和校準(zhǔn)困難。 三、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)離散