专利名称：多功能电参数测量仪的制作方法
技术领域：
本发明属于电气测量技术领域，具体涉及一种单片机控制的多功能工 频交流电参数测量仪表。
背景技术：
工频交流电参数的测量应用十分广泛。传统的测量仪表在使用时需预 先估计待测值的测量范围，多数情况下都要从较大量程档位逐次向小量程 档位切换。另外，传统的测量仪表测量功能单一,一般仪表只能测量一、两个 电参数,如需测量多个电参数，则需用多个单功能测量仪表来测量，增加了操 作的复杂性和用户的经济负担，且易发生误操作损坏仪表。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种多功能电参数测量仪， 该测量仪结构简单、性能可靠、成本较低，并且具有量程自动转换和计算 机通讯功能，能适用于各种需测量工频电多参数的场合。
本发明提供的多功能电参数测量仪， 一种多功能电参数测量仪，其特 征在于它包括电压转换器、第一、第二可控衰减/放大器、第一、第二A/D 转换器、相位差检测器、电流转换器、单片机、显示模块和输入模块；
电压转换器用于接收被测工频电压信号，降压后将电压信号分别传送 给第一可控衰减/放大器和相位差检测器的一端；
第一可控衰减/放大器用于将电压信号衰减/放大，并根据来自于单片机 的控制信号对电压信号进行实时衰减，然后对衰减的电压信号进行放大处 理并传送给第一 A / D转换器；
第一 A/D转换器将电压模拟信号转化为数值信号后传送给单片机； 电流转换器用于接收被测工频电流信号，经变流后分别传送给第二可
控衰减/放大器和相位差检测器的另一端；
第二可控衰减/放大器对变流后的电流信号进行衰减/放大，并根据来自
于单片机的控制信号对电流信号进行实时衰减，然后对衰减的电流信号进
行放大处理再传送给第二 A/D转换器；
第二 A/D转换器将电流模拟信号转化为数值信号后传送给单片机； 相位差检测器分别接收来自电压转换器输出的工频电压信号和来自电
流转换器输出的工频电流信号，经整形转换为反映电压与电流相位差的正
方波信号传送给单片机；
输入模块与单片机相连，用于将用户输入的控制信号传输给单片机， 单片机对接收的数据进行处理，显示模块与单片机相连，用于显示单片机 输出的数据处理结果。
本发明具有以下技术特点
(1) 本发明采用单片机控制技术能实现对工频电流和电压多量程自动转 换；采用可控衰减/放大器，测量精度高；
(2) 本发明的测量机理是采用单片机控制技术将各种电压、电流信号和
电压、电流相位差信号进行自动检测处理后通过接口电路输出显示。它可 测量工频电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率 等多个电参数。它具有结构简单，直观准确，灵敏度高，使用寿命长，功 能强，智能化，性能可靠，成本较低，能适应于各种需检测工频电多参数 的场合。
(3) 本发明采用单片机控制，减少了测量误差；
(4) 本发明采用单片机控制并通过通讯模块与计算机相连，进行联网通 讯，便于自动化管理。
图l是本发明多功能电参数测量仪的电路结构示意图。
图2是图1中的相位差检测器的电路结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明的硬件原理图如图1所示，它包括电压转换器1、第一、第二 可控衰减/放大器2、 6、第一、第二A/D转换器3、 7、相位差检测器4、电 流转换器5、单片机8、显示模块9和输入模块10;它还可以设置通讯模块 11，与计算机进行数据通讯。
电压转换器1用于接收被测工频电压信号，降压后将电压信号分别传 送给第一可控衰减/放大器2和相位差检测器4的一端。
第一可控衰减/放大器2用于将电压信号衰减/放大，并根据来自于单片 机8的控制信号对电压信号进行实时衰减，然后对衰减的电压信号进行放 大处理并传送给第一 A / D转换器3。
第一 A/D转换器3将电压模拟信号转化为数值信号后传送给单片机8。
电流转换器5接收被测工频电流信号，经变流后分别传送给第二可控 衰减/放大器6和相位差检测器4的另一端。
第二可控衰减/放大器6对变流后的电流信号进行衰减/放大，并根据来 自于单片机8的控制信号对电流信号进行实时衰减，然后对衰减的电流信 号进行放大处理再传送给第二 A / D转换器7。
第二 A/D转换器7将电流模拟信号转化为数值信号后传送给单片机8。
相位差检测器4分别接收来自电压转换器1输出的工频电压信号和来 自电流转换器5输出的工频电流信号，经整形转换为反映电压与电流相位 差的正方波信号传送给单片机8。
单片机8接收来自经电压转换器5变压后,并经过第一可控衰减/放大器 2处理和经第一 A / D转换器3转换后的被测工频电压数字信号储存;此电压数值可供计算和显示之用;同时，单片机8根据所测的电压信号大小，对 第一可控衰减/放大器2发出控制信号，对电压信号进行实时衰减。
单片机8接收来自经电流转换器5变流后,并经过第二可控衰减/放大器 6处理和经第二 A / D转换器7转换后的被测工频电流信号储存;此电流数 值可供计算和显示之用;同时，单片机8根据所测的电流信号大小，对第二 可控衰减/放大器7发出控制信号，对电流信号进行实时衰减。
单片机8接收来自经相位差检测器4检测后的反映被测电压与电流相 位差的正方波信号并储存;此相位差数值可供计算之用;同时，单片机8根据 所测的电压信号与相位差信号进行相位比较并储存，可判断电压与电流信 号谁超前、谁滞后，以便显示无功功率的正负。
单片机8与显示模块9的输入相联，可分别显示被测工频电压、工频 电流、功率、功率因数、频率等多参数数值。
输入模块10的输出与单片机8相联，单片机8把测到的输入信号分别 送入各控制单元进行处理。
单片机8与通讯模块11的输入相联，单片机8把测到的各种数据送入 通讯模块11,通讯模块11可把各种数据输出给计算机，即实现与计算机进行 通讯功能。
如图2所示，相位差检测器4包括第一光耦合器41、第一过零比较器 43、异或门45、第二光耦合器42、第二过零比较器44、电阻R1、 R2、 R3、 R4，第一、第二稳压二级管D1、 D2。
第一光耦合器41的输入端与被测工频电压信号相连，其输出端通过电 阻R1与第一过零比较器43的一个输入端相接，另一个输入端接地。第一 过零比较器43的输出端通过电阻R2与第一稳压二级管D1的稳压端相连， 稳压二级管D1的另一端接地，稳压二级管D1的稳压端还与异或门45的 一个输入端相连，并与单片机8的一个接口相连。
第二光耦合器42的输入端与被测工频电流信号相连，其输出端通过电 阻R3与第二过零比较器44的一个输入端相接，另一个输入端接地。第二 过零比较器44的输出端通过电阻R4与第二稳压二级管D2的稳压端相连，
稳压二级管D2的另一端接地，稳压二级管D2的稳压端还与异或门45的 另一个输入端相连。异或门45的输出端与单片机8的另一个接口相连。
它的测量原理为:被测工频电压信号送入第一光耦合器41隔离，隔离后 电压信号送入第一过零比较器43，第一过零比较器43输出为正方波信号， 此电压正方波信号与异或门45的一个输入端相联；被测工频电流信号送入 第二光耦合器42隔离，隔离后电流信号送入第二过零比较器44,第二过零 比较器44输出的为正方波信号，此电流正方波信号与异或门45的另一个输 入端相联；异或门45的输出即为反映电压与电流相位差的正方波信号，此相 位差信号与单片机8的一个输入端相联，此时单片机8可测出此相位差数值 并储存它,以便进行相应的运算(如COS4)和SINci))并储存。另夕卜，第一过零 比较器43输出的电压正方波信号送入单片机8的另一个输入端相联，单片 机8通过两个输入端的信号进行比较，可判断电压与电流信号谁超前、谁滞 后,以便显示无功功率的正负。 实例-
本发明多功能电参数测量仪表，它的硬件电路可采用如下元件:电压转 换器l可采用电压互感器，电流转换器5可采用电流互感器，第一、第二D /A可控衰减/放大器2、 6可共同采用一个模拟开关(如CD4052、 CD4053 等)；放大器可共同采用一种运算放大器(如LM324等)，第一、第二 A/D 转换器3、 7可共同采用各种A/D转换器(如TLC1543等)，相位差检测器 4的器件，第一、第二光耦合器41、42可共同采用一个光耦合器(如TLP521-2 等)；第一、第二过零比较器43、 44可共同采用一种运算放大器(如LM324 等)，单片机8可采用AT89C51和AT89C2051以及AT8086等芯片，显示 模块9可采用液晶和数码管显示，(如数码管显示采用HC595三态8位移位 寄存器和ULN2003驱动器来驱动数码管或液晶显示)，输入模块10可采用 标准键盘16键和普通按键组成，通讯模块11可采用串行口和并行口通讯 芯片(如串口芯片RS232或SN65LBC184等)。单片机可通过通讯模块11 与计算机相连接，进行数据通讯。
权利要求
1、一种多功能电参数测量仪，其特征在于它包括电压转换器(1)、第一、第二可控衰减/放大器(2、6)、第一、第二A/D转换器(3、7)、相位差检测器(4)、电流转换器(5)、单片机(8)、显示模块(9)和输入模块(10)；电压转换器(1)用于接收被测工频电压信号，经降压后将电压信号分别传送给第一可控衰减/放大器(2)和相位差检测器(4)的一端；第一可控衰减/放大器(2)用于将电压信号衰减/放大，并根据来自于单片机(8)的控制信号对电压信号进行实时衰减，然后对衰减的电压信号进行放大处理并传送给第一A/D转换器(3)；第一A/D转换器(3)将电压模拟信号转化为数值信号后传送给单片机(8)；电流转换器(5)用于接收被测工频电流信号，经变流后分别传送给第二可控衰减/放大器(6)和相位差检测器(4)的另一端；第二可控衰减/放大器(6)对变流后的电流信号进行衰减/放大，并根据来自于单片机(8)的控制信号对电流信号进行实时衰减，然后对衰减的电流信号进行放大处理再传送给第二A/D转换器(7)；第二A/D转换器(7)将电流模拟信号转化为数值信号后传送给单片机(8)；相位差检测器(4)分别接收来自电压转换器(1)输出的工频电压信号和来自电流转换器(5)输出的工频电流信号，经整形转换为反映电压与电流相位差的正方波信号传送给单片机(8)；输入模块(10)与单片机(8)相连，用于将用户输入的控制信号传输给单片机(8)，单片机(8)对接收的数据进行处理，显示模块(9)与单片机(8)相连，用于显示单片机(8)输出的数据处理结果。
2、 根据权利要求1所述的多功能电参数测量仪，其特征在于它还包 括与单片机(8)相连的通讯模块(11)。
3、 根据权利要求1或2所述的多功能电参数测量仪，其特征在于相 位差检测器(4)的结构为第一光耦合器(41)的输入端与被测工频电压信号相连，其输出端通 过电阻R1与第一过零比较器(43)的一个输入端相接，另一个输入端接地; 第一过零比较器(43)的输出端通过电阻R2与第一稳压二级管(Dl)的稳 压端相连，稳压二级管(Dl)的另一端接地，稳压二级管(Dl)的稳压端 还与异或门(45)的一个输入端相连，并与单片机(8)的一个接口相连；第二光耦合器(42)的输入端与被测工频电流信号相连，其输出端通 过电阻R3与第二过零比较器(44)的一个输入端相接，另一个输入端接地; 第二过零比较器(44)的输出端通过电阻R4与第二稳压二级管(D2)的稳 压端相连，稳压二级管(D2)的另一端接地，稳压二级管(D2)的稳压端 还与异或门(45)的另一个输入端相连，异或门(45)的输出端与单片机 (8)的另一个接口相连。
全文摘要
本发明公开了一种多功能电参数测量仪，包括电压转换器、第一、第二可控衰减/放大器、第一、第二A/D转换器、相位差检测器、电流转换器、单片机、显示模块和输入模块；还可增设与单片机相连的通讯模块。该装置采用将可控衰减放大器与A/D转换器相结合的方法来提高精度，并通过单片机进行实时控制，来完成对工频电压、电流、功率、功率因数、频率等多参数的自动测量。该装置具有显示直观、准确，使用方便可靠等优点，可广泛应用于需自动测量工频交流电多参数的企业和实验室等场合。
文档编号G01R15/12GK101187677SQ20071016850
公开日2008年5月28日 申请日期2007年11月28日 优先权日2007年11月28日
发明者军 李, 伟 魏 申请人:华中科技大学