系統(tǒng)設(shè)計方案分析

   設(shè)計要求對單相電的電參數(shù)進(jìn)行測量， X9015US8IZ這些參數(shù)中電壓和電流為基本量，其他參數(shù)是導(dǎo)出量。任務(wù)中，待測O—500 V的交流電壓、O～50 A的交流電流均已相應(yīng)地轉(zhuǎn)換為0~5 V的等效交流電壓，其中等效電流信號是等效電壓信號經(jīng)過等幅移相網(wǎng)絡(luò)得到的�；诖饲疤幔驹O(shè)計需要測得等效電壓（電流）信號的真有效值、等效電壓信號基波的真有效值和電壓、電流兩路信號的相位差，再按照工頻信號有功功率、無功功率、和功率因數(shù)等定義計算出各物理量。

因此，完成基本要求應(yīng)主要解決以下兩個關(guān)鍵問題：一是真有效值轉(zhuǎn)換，其中包括等效電壓和等效電流信號的真有效值的轉(zhuǎn)換；二是電壓信號、電流信號相位差的測量。另外，為完成提高部分要求中測量電壓基波和總諧波的有效值，需測量等效電壓信號基波的真有效值。由總諧波、基波和失真信號有效值之間的關(guān)系式，可計算出總諧波有效值。因此，此部分的關(guān)鍵問題是如何從失真信號中獲得工頻信號的基波。

     相位差的測量可采用等精度的測量方法進(jìn)行測量。50 Hz基波的獲得可采用多階的低通濾波器來實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)方法可采用分立器件來實(shí)現(xiàn)，也可能用專用濾波囂來實(shí)現(xiàn)。

   真有效值轉(zhuǎn)換常見的方法有熱電耦變換法、采用計算法、模擬直接運(yùn)算轉(zhuǎn)換法和單片集成有效值轉(zhuǎn)換器件法等。其中，采樣計算法和單片集成有效值轉(zhuǎn)換器件法是最常用的方法。采樣計算法通過對周期信號進(jìn)行快速采樣獲得多個離散值，再利用單片機(jī)的運(yùn)算功能進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算得到真有效值。采用采樣計算法的系統(tǒng)設(shè)計方案如圖4. 47所示。為了保持采樣間隔隨信號頻率的波動而變化，即把一個周期等時間間隔采樣變?yōu)榈认辔徊蓸�，可采用鎖相環(huán)電路，利用鎖相環(huán)把信號進(jìn)行64倍頻，從而在需要采集信號的一個周期內(nèi)產(chǎn)生64個脈沖，利用此脈沖信號作為單片機(jī)的外部中斷信號，快速啟動A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣。

    圖4. 47采用采樣計算法的系統(tǒng)設(shè)計方案

    而單片集成有效值轉(zhuǎn)換器件法是利用專用芯片實(shí)現(xiàn)交流信號的真有效值轉(zhuǎn)換，輸出直流信號，A/D轉(zhuǎn)換器可直接對其進(jìn)行采樣。該方案的軟件設(shè)計相對簡單些，其系統(tǒng)設(shè)計方案如圖4. 48所示。