250W感性负载参测量显示与控制系统设计
摘要：本文主要研究250W感性负载参测量显示与控制它的设计步緅以及它的基本步骤，先将负载通过电流以及电压互感器进行采样，再将其送入到功率转化模块你，将模拟信号转化为数字信号，之后送入单片机进行处理，最后再将其在电脑上显示出来，显示的内容包括电压、电流、功率因数。本文论述了测量装置的硬件电路和各模块的软件设计,基于单片机完成了整个测量系统的按键控制、信号处理和显示输出。
关键词：功率/频率转换；ATmega32；功率因数；采样
250W sensor load parameter measurement display and control
Abstract:This paper mainly studies the design steps of 250W inductive load parameter measurement display and control and its basic steps. First, load is sampled through current and voltage transformer, then it is sent to power conversion module. Then analog signal is converted into digital signal, and then it is sent to MCU for processing. Finally, it is displayed on computer, including voltage. Current, power factor. This paper describes the hardware circuit of the measuring device and the software design of each module. The key control, signal processing and display output of the whole measuring system are completed based on the single chip computer.Key words: Power/Frequency Conversion ，ATmega32，power factor，sampling
目录
第一章 绪论 3
1.1研究的背景 3
1.2 国内外现状 3
1.3 技术特点 3
1.4 课题研究内容 4
第二章 感性负载测量和显示总体设计 5
2.1整体系统的设计思想 5
2.2感性负载的测量与控制的方案比较 5
2.3系统框图 6
第三章 感性负载测量和显示硬件设计 6
3.1 250W感性负载的测量和显示硬件设计思想 6
3.2 250W感性负载的测量和显示硬件电路选择 7
3.2.1 电流采样、电压采样选择 7
3.2.2 电源电路选择 9
3.2.3 单片机系统选择 10
3.2.4 功率模块选择 13
第四章 感性负载测量和显示硬件分电路设计 15
4.1电源电路设计 15
4.2功率采样电路设计 16
4.3单片机电路设计 20
4.4报警电路设计 24
第五章 软件设计 24
5.1主程序设计 24
5.2显示程序设计 25
5.3电压、电流、功率因数显示软件设计 26
5.4故障提示设计 26
第六章 系统调试 27
第七章 结论 27
第八章 小结与致谢 28
参考文献 28
附录一：程序 30
附录二：原理图 37
第一章 绪论
1.1研究的背景
在这几年里，社会基础设施的不断提高和人民生活质量的不断进步，在我国，各个地方的发展速度越来越快，所以每个城市对夜晚路面的灯光要求更高了，各式各样的照明系统也越来越多。并且在诸多的项目建设中，“新生代”的节能能源灯在电力、交通方面的应用还是特别的广泛。换言之，社会日新月异的变化，新能源的情况在时刻引起人们的关注，这将是人们会遇到的一个大问题，尤其是在目前我们国家能源越来越紧张的情况下，如果长此以来，那么电能源紧张这个问题将会阻碍每个城市的发展，甚至会成为绊脚石直接阻碍国民经济的发展。与此同时，如今更多的电气设备，带来的污染也更多了，所以现在的电网质量也越来越不好。高压钠灯英文称HPS，是绿色能源第三代的重要组成，高压钠灯因为照亮时间长，耐用且照明的亮度集中这些优点，因而在照明这一方面中是一个不可忽略的角色。尤其当“绿色照明”这一概念在我国被提出来时，怎样能够让高压钠灯在照明这块有更多的作用，怎样让照明的质量更高，怎样能够更加节约电能，怎样能够让污染更少等，这些问题都是我们急需要解决的，也是现在关于高压钠灯研究的一个重要方向。这些研究在以后在能源、电力和交通这些邻域都会起着十分重要的地位。
1.2国内外现状
在20世纪70年代,由于地球资源紧缺，所以全世界都掀起节约地球能源，保护环境的浪潮，这已经是全世界人们的共同目标，因此节能将会是目前最急切解决的问题，所以现在的研究方向都是在往这方面靠。在1991年1月，美国提出了一个理念，并想着要将这实施起来，所以就有了“绿色照明工程”这一项目。很符合当前大环境的发展趋势，所以很快就得到了很多的发达国家的支持和响应，正因如此，这个项目的发展进程就特别的快，实施起来也很顺利。随之在1992 年，关于世界能源问题的“地球高级会议”在巴西举行，这次的会议将全世界的目光又再一次的聚焦在了能源上面。并从中具体的得出，当前全球内所消耗的电力在照明这一块就占到了25%，可想而知，照明这块的比重有多重要。
在我国国力持续增长的情况下，社会对电能的消耗变得更多了，而电子产品在各行各业的不断大力推广，随着全球气象变暖，气候变动无常，电力的问题是日益重大。很多的地域，经济发展的速率与电力成长不一致，致使与之有相关的行业也呈现滞后的影响，并且对人们的生存带来许多的不方便。从有效资料中可以看出，我国各地方的电力都出现多多少少的问题，并且这一现象在持续扩大范围。 所以节约电力是砸门当前最需解决紧急问题。而高压钠灯是第三代绿色能源的代表，因为它节能，环保，耐用等这些优点，让其在咋们生存中的照明发散出十分多的重要作用。而且我们之前所使用的那些控制器来提供照明已经远远跟不上时代的发展步伐，其灯光调试功效也不能达到所预期的那样，所以设计可编控制器也成为重要一步。因此可以看出可编控制器的前景十分的好，市场也特别广，所以基于这样的基础去研究设计这样的一个课题，是值得咋们细致的去探索的，我也坚信会有想不到的收获。
1.3技术特点
如果将这种可编程恒功率电源能为高压钠灯等提供理想电源，延长灯具电器的使用寿命，节约能源、节电率可达30%。也可为需要高精密用电器负载提供理想电源那就再好不过了。
而如今的高压钠灯中面临一些问题：（1）节能减排的问题，以马路上的路灯作为例子，傍晚的时候车流量较多，对路面的照明度要求比较高，而夜深人静的时侯由于车流量不多，对于路面的亮暗相比傍晚的时候要求下降，那么之前的灯泡瓦数就有点浪费了，而且夜间的电压与车流量多时候的电压相比自然是提升了一些，那么这样的话就会造成电流的浪费从而使得路灯的功率大幅度提升，主要是造成的电能大量的浪费。（2）高压钠灯的使用期限：大家都知道一个路灯它是有一定的使用期限的，如果由于电压提升导致灯在高压的情况下的进行长时间的工作，它的老化将急剧加速，那么它的使用期限之然也会进一步的减短，（3）如何适应多变的自然环境，国内各个地方的环境随时都是变化的，将高压钠灯架设在这样的复杂多变的环境下，一旦在设计的过程中没有适应这些环境的需求，那么对于实行路灯的智能化需求将不复存在。
1.4 课题研究内容
1、电流采样设计，电压采样、功率采样、功率因数计算；
2、报警电路设计；
3、电源电路设计；
4、单片机系统设计；
5.功率A/电路设计。
第二章 感性负载测量和显示总体设计
2.1整体系统的设计思想
其其实这次的设计主要目的是为了给下一课题的设计提供一些他们所需的数据，然而这些数据是如何测量得到的呢？这就是本课题所设计的，先需要进行测量负载的电压、电流大小，把电压信号，电流信号送到功率芯片，经A/D 得到功率脉冲信。把这些信号，送到单片机里，使其经过一系列的运作，输出到显示器上，同时输出老化、故障报警提示，那么就可以收到咋们所须要的数据。在这个课题中，最需要我们考虑的是电压是如何进行，它是用电阻分压的方式还是变压器以及直接用电压互感器的，这两样参数得到之后，是如何进行处理来得到其他的数据。还有就是如何在显示器上输出我们所需要的参数，这些是我们本次设计要重点考虑的。
2.2感性负载测量的方案比较
方案一：利用老式的思路以万用表对各个电路的参数进程测量，之后通过计算整理数据。这种方法不仅操作麻烦，而且不一定能够达到要求，而且所测得的数据它的精度并不是特别的高，用电参数测量仪测量不适合现场控制。只适合参数分析，所以此方案并不适合本次设计的所需。
方案二：设计电压、电流的采样电路并且对它们进行采样，再由乘法器将其相乘，再经过A/D转换,最后经显示器显示出来。因为我所需的一些数据是不能够得到的，所以这个方案它也不符合这次设计的需求。
方案三：基于单片机进行设计，设计电流电压的采样电路，经过功率芯片 ADE7755或者RN8209C处理使其转化为方波，再输入到单片机里测算出我们所需的一些数据，最后由显示器显示出来。此方案非常切合本次设计，而且简单方便并且它的成本也不高。
参考文献
[1] 李晓林,牛昱光,阎高伟.单片机原理与接口技术[M].北京:电子工业出版社,2011.02
[2] 姜志海,黄玉清,刘连鑫.单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2013.08
[3] 张文明.STM32单片机实战开发指南[M].上海:西安电子科技大学,2003.02
[4] 阎石.数字电子技术（第五版）[M].北京:高等教育出版社,2007.08
[5] 陈清山.世界最新集成运算放大器特性、引脚及互换全集[M].湖南:湖南科学技术出版社,2005.04
[6] 孙肖子,张企民,模拟电子技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001,01
[7] 杨素行,模拟电子基础简明教程[M].北京:高等教育出版社,1998.10
[8] 张雪平,李双喜,张玉芝数字电子技术[M].北京:清华大学出版社,2011.10
[9] 方跃春,开关电源中脉宽调制原理与实践探讨[J].长沙:长沙民政职业技术学院学报，2002.12
[10] 常慧玲,传感器与自动检测(第2版)[M].三河:电子工业出版社,2012.03
