摘 要:随着计算机技术向测量技术的移植，交流电量参量测量仪器在它的影响下有了新的突破，出现了以微处理器控制的仪表和计算机控制的专用仪器系统，它拥有对数据的存储运算逻辑判断等功能，实现了测量过程自动化和仪器智能化多功能化。而电参数的数据采集又是实现自动化的重要环节，何快速准确地采集系统中各元件的电参数（电压、电流）并通过单片机控制计算出有功功率、无功功率、视在功率等参数，是实现电力系统自动化的一个重要因素。

本论文主要内容包括交流电量综合检测仪器的主要功能、测量方法、硬件电路、软件流程等。该仪器采用电流和电压互感器把强电流信号和高压电信号转变成弱电流信号和小电压信号，通过采样、多路开关、A/D转换的设计把电信号送入PIC16F886单片机，由单片机控制计算出各参数，并通过RS485总线把数据传送到上位机。

该仪器以8 位单片机PIC16F886 作为核心控制器件，采用同步采样法测量法及实时数据处理方法，具有功能齐全、可靠性高、性能价格比高等优点。

关键词：单片机控制；仪器智能化；采样；A/D转换

目录

摘要

abstract

第1章 绪论-1

1.1 课题的背景及重要意义-1

1.2 实时电量检测电路的发展与现状-1

1.2.1 国内电能表的发展-1

1.2.2 国外电能表技术的发展-2

1.3 课题的主要内容-3

1.3.1 实时电量检测电路的功能-3

1.3.2 仪器的主要技术指标-3

第2章 实时电量检测电路的设计原理-5

2.1 交流电量参数的定义-5

2.1.1 交流电压、交流电流-5

2.1.2 有功功率-6

2.1.3 无功功率-6

2.1.4 视在功率-6

2.2 数据采集-7

2.2.1 采样原理-7

2.2.2 直流采样与交流采样-7

2.2.3 交流采样算法的选择-8

2.3 本章小结-8

第3章 硬件电路设计-9

3.1 硬件结构-9

3.1.1 硬件模块-9

3.1.2 电路原理-9

3.2 硬件电路的详细设计-10

3.2.1 电流输入、电压输入-10

3.2.2 数据采集与计算-11

3.2.3 单片机电路-12

3.2.4 与上位机通信电路-12

3.3 CS5463芯片介绍-13

3.3.1 内部结构-13

3.3.2 封装及引脚功能-13

3.3.3 CS5463的工作原理-14

3.3.4 CS5463的通信接口-15

3.3.5 硬件电路设计-15

3.4 PIC16F886单片机系统-16

3.4.1 PIC单片机的哈佛结构-16

3.4.2 PIC16F单片机的优势-16

3.4.3 PIC16F886单片机的封装和引脚功能-17

3.4.4 电源电路-17

3.4.5 复位电路-18

3.4.6 时钟电路-18

3.5 电压互感器与电流互感器-18

3.5.1 电压互感器-19

3.5.2 电流互感器-19

3.6 相关器件-20

3.6.1 L7805CV型正电压稳压器-20

3.6.2 通信接口电路RS-485-20

3.7 抗干扰设计-21

3.7.1 过压保护-21

3.7.2 接地-22

3.7.3 耦合隔离措施-22

3.7.4 印制电路板的合理设计-22

3.8 本章小结-23

第4章 软件系统设计-25

4.1 软件总体设计-25

4.2 软件系统开发软件环境-25

4.2.1 程序调试软件-25

4.2.2 谐波分析仿真软件-26

4.3 程序设计思想-26

4.4 程序的模块化设计-27

4.4.1 上电初始化模块-27

4.4.2 A/D采样子程序流程框图-28

4.4.3 基于CS5463计量模块的软件实现-28

4.4.4 CS5463应用中的关键软件问题-29

4.4.5 控制模块程序设计-29

4.5 程序-30

4.5.1 初始化程序-30

4.5.2 主程序-31

4.6 程序调试-33

4.7 本章小结-33

第5章 结论与展望-35

5.1 结论-35

5.2 不足之处及未来展望-35

参考文献-37

致谢-39