250W感性负载功率采样及控制系统设计
摘要：感性负载功率采样及控制系统的组成各个分电路有电源电路，电压传感器，电流传感器，功率A/D转换器，无线连接模块，单片机最小系统，显示模块和输出电路。主要的技术指标有：电压，电流，有功功率，无功功率，功率因数。当测量到的功率低值于Pe的75%报故提示，当测量到的功率低值于Pe的50%时报故障。
本课题主要研究的是感性负载功率采样及控制系统参数的测量，并且实现A/D转换。本文主要研究的内容是有：功率因数COSΦ；工作电流i；工作电压u；有功功率p；无功功率Q；并且要把实际采集到的功率转换成为矩形脉冲。需要解决的问题主要是有：功率模块的选定、电流传感器的选定、电压传感器的选定、单片机的选定、显示电路的设计、报故障电路的设计、各条线共用时抗干扰的措施；主要要解决的问题是有：高压电路与低压电路的隔离，直流电路与交流电路的隔离，模拟电路与数字电路地线的隔离，功率模块的正确的应用，A/D灵敏度确定；预期的目标是有：能够设计出成本低性能强，并被公共市场采取利用。
关键词：电流；电压；单片机；传感器；A/D转换；功率控制。
250W inductive load power sampling and control
Summary:Inductive load power sampling and control system components Each sub-circuit has power circuit, voltage sensor, current sensor, power A / D converter, wireless connection module, microcontroller minimum system, display module and output circuit. The main technical indicators are: voltage, current, active power, reactive power, power factor. When the measured power low value is 75% of Pe's alarm, the fault is reported when the measured power low value is 50% of Pe.
This topic mainly studies the measurement of inductive load power sampling and control system parameters, and realizes A/D conversion. The main research contents of this paper are: power factor COSΦ; working current i; working voltage u; active power p; reactive power Q; and the actual collected power is converted into a rectangular pulse. The main problems to be solved are: selection of power module, selection of current sensor, selection of voltage sensor, selection of single chip microcomputer, design of display circuit, design of fault circuit, and anti-interference when each line is shared. Measures; the main problems to be solved are: isolation of high voltage circuit and low voltage circuit, isolation of DC circuit and AC circuit, isolation of analog circuit and digital circuit ground, correct application of power module, A/D sensitivity determination; The goal is to be able to design low cost performance and be used by the public market.
Key words:Current; voltage; single chip; sensor; A/D conversion; power control.
目录
第一章 绪论
- 1.1 课题的背景及意义---------------------------------------2
- 1.2 国内外研究现状-----------------------------------------3
- 1.3 绿色照明-----------------------------------------------6
- 1.4 技术特点-----------------------------------------------8
- 1.5 课题研究的内容-----------------------------------------8
第二章 采样及控制系统的总体设计
- 2.1 采样及控制系统框图-------------------------------------10
- 2.2 采样及控制系统整体方案设计思路-------------------------10
第三章 采样及控制系统分电路的设计
- 3.1 采样及控制系统功率采样电路设计-------------------------11
- 3.1.1 电流传感器------------------------------------------11
- 3.1.2 电压传感器------------------------------------------12
- 3.1.3 AD 转换器-------------------------------------------13
- 3.2 采样及控制系统电源电路设计-----------------------------15
- 3.3 采样及控制系统显示电路设计-----------------------------17
- 3.4 采样及控制系统单片机电路设计---------------------------22
- 3.5 采样及控制系统输出电路设计-----------------------------28
- 3.6 光耦电路设计-------------------------------------------29
第四章 采样及控制系统的软件设计
- 4.1 采样及控制系统软件设计思路-----------------------------32
- 4.2 采样及控制故障提示软件设计-----------------------------32
- 4.3 采样及控制显示软件设计---------------------------------33
第五章 采样及控制系统的调试
- 5.1 采样及控制系统的调试-----------------------------------35
第六章 总结与展望
小结与致谢--------------------------------------------------------36
参考文献----------------------------------------------------------37
附录：
主程序------------------------------------------------------------40
原理图
第一章 绪论
感性负载功率采样及控制系统市场广泛，其中最大的市场就是公共照明市场了。自从19世纪八十年代电光源照明出现以来，人们对公共照明以及个体照明的要求就一直直线增高，直到现在的21世纪人们对电光源照明的品质和色彩的舒适性以及绿色环保等等的要求愈发增高，直到绿色照明的出现，照明行业开始了新纪元。
公共照明设施可以用具有调光控制功能的感性负载调功率进行控制。本课题主要以恒功率控制系统中的感性负载功率采样及控制的设计为目的进行研究和探讨，首先要测量其感性负载的相关的参数。感性负载在公共照明行业拥有着广泛的市场，对于城市的安全照明和绿色照明，还对我国倡导的节能减排得号召有着非常明确的意义。
250W感性负载参数测量与250W补偿变压器设计是一个整体，目前公共照明技术的节电技术往往是以采用间隔灯、半夜灯等技术，这些技术在安全方面有着很大的隐患。本课是以研究感性负载的参数测量，并且实现A/D转换。
250w感性负载功率采样及控制系统主要是由电压传感器、电流传感器、功率A/D转换器、单片机组成。其主要技术指标是：电流、电压、有功功率，无功功率、功率因数；当测量功率值偏离额定值时输出一个1000hz,hk，pw占空比可调节的方波，以此来实现恒功率控制。当其功率值低值于Pe的75%报故障的提示，当其功率低值于Pe的50%时报故障。本文主要研究的内容是：功率因数COSΦ;工作电流i；工作电压u；有功功率p；无功功率Q；并把实际功率转换成为脉冲。需要解决的问题主要有：功率模块的选定、电流传感器、电压传感器的选定、单片机的选定、显示电路、报故障电路、抗干扰的措施；主要要解决的问题是：高压电路与低压电路的隔离、模拟电路与数字电路地线的隔离、功率模块的正确的应用、A/D灵敏度确定；希望本课题的研究能被公共照明行业采用，为世界的节能减排作出贡献。城市那美妙绝伦的夜空，体现了一个有内涵的城市所具备的高尚的文化韵味，这一切却也需要着科学以及运筹帷幄的计划，还有精巧绝伦的精妙策划，以及巧夺天工的完美设计，才能达到这天人合一的和谐与美丽。
1.1 课题的背景及意义
本课题研究设计的是感性负载功率采样及控制系统，这个采样控制系统拥有巨大的市场，其中最大的市场就是现在炒的火热的绿色照明了。绿色照明计划
是上世纪90年代初所提出来的，主要利用地球文明科学的进步可以节约能源，以及保护地球自然生存环境的照明电路系统的形象性的理论说明。最最开始提出这一绿色照明计划的是美利坚环保局在那1991年第一次提出这一计划。绿色照明和绿色照明工程本质上贯彻保护环境的思想以及可持续发展战略，所以这一概念一经提出就很快的得到了联合国的支持，世界上绝大多数的发达国家以及大多数的发展中国家对这件事情保持着非常特别的重视，而且他们也用行动积极证明了他们的着重性，也相应采取了明确的政策和投入大量金额的技术措施。这说明了作为地球的公民，我们会将一起用行动共同推进绿色照明工程的实施和绿色照明事业的发展。
其中实施绿色照明包括：
1.强制普及世界人民使用高效节能以及绿色节能的电光源，用以减少自然环境污染提升生存环境质量；
2.尽力推广使用性价比很高即节电又节能也环保还实惠的照明电子电器的功能配件，借此来减少自然环境污染提升生存环境质量；
3.强烈推荐大家在家居以及公共设施上积极使用即高效又节能也绿色还实惠的电灯等灯具，制造厂商要尽全力来提高灯饰品的透光率还有反射率，这一切都是为了减少自然环境污染提升生存环境质量；
4.用零容忍的态度严格控制生产和生活还有使用的过程中制造出来的污染物，都是为了减少自然环境污染提升生存环境质量而不择手段；
推广实施绿色照明计划的主要目的是在于保护环境减少污染营造美丽干净的地球村，还有一点就是推广新发展出来的高效照明电光源用来取代那些相比较而言传统的低效能的电光源。这一点的目的显而易见是为了创造即节能也低碳还高效的公共照明设施，这一计划的一旦完成，那可是前无古人的伟大工程，他可以营造一个可靠安全、实惠经济、高效优质、环保低碳的绿色照明环境。他可以用来制造改善人们的生活质量、提高夜间工作的效率、保护居民身心健康的绿色照明工程远远不止这些。它也被用来满足人们对照明质量和照明环境渐渐提升的需求，以及减少社会公共环境污染的照明污染。实施绿色照明计划还可以缩减公共照明用电的量，也可以从侧面减少排放C02等有害气体的量的重要之一措施。其中C02的排放量很大是使地球环境变暖的重要之一原因，地球上人民用电，致使发电厂石化燃料大量燃烧，导致大约80%的C02来源于燃料的燃烧。所以啊只要我们从完成之一伟大工程，即节能又节电的照明一落实，那得帮助世界人民少建很多的发电厂啊，这不就从侧面减少了燃料的燃烧，也就侧面带动C02等有害气体的排放量。这对缓解温室效应得有多大的促进作用啊。
上世纪末期我国国家经贸委等部门组织实施的“中国绿色照明工程”，自此绿色照明的理念深深植根于我国人民的心中。相关政策项目一应俱全。 彰显反映了我们国家对待这一项目的认真重视。
课题研究的意义：更改完善传统照明社会环境，增强提高公共社会照明质量，满足人民群众对于绿色照明环境的要求，缩减C02排放的量值，缓解温室效应做贡献。
课题研究的目的：希望本课题的研究能被公共照明行业采用，为世界的节能减排作出一些小小的贡献。
参考文献：
《基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器应用实践》彭刚 秦志强编著,电子工业出版社出版；
《SMT32系列 ARM Cortex-M3微控制器原理与实践》王永虹 徐炜 郝立平编著，北京航空航天大学出版社出版；
《嵌入式系统及其应用——基于Cortex-M3内核和STM32F103系列微控制》
陈启军 余有灵 张伟 潘登 周伟编著，同济大学出版社出版；
《Cortex-M3 嵌入式处理器原理与应用》 范书瑞 李琦 赵燕飞编著，电子工业出版社出版；
《Cortex-M3 +UC/OS-Ⅱ嵌入式系统开发入门与应用》 陈瑶 李佳 宋宝华编著，人民邮电出版社出版。
《基于MDK的STM32处理器开发应用》李宁编著，北京航空航天大学出版社出版。
