单片机在工频测量仪表中的应用

在工频测量仪表中，至今仍没有脱离模拟的方法。而且，每种仪表仅有单一的测量功能，比如：电压表不能用来测量电流和功率，功率表又不能用来测量电流和电压等。因此，在工频参数测量过程中，占用的设备较多，效率和精度较低，实时性差，远远不能适应现代自动测控系统的需要。

本文将介绍一种由单片微处理机参与测量的新方法。这种测量方法不仅测量精度高、实时性好、具有一表多用功能，而且同时还能兼有多种智能化管理和通信功能。

下面仅就工频参数测量的关键问题，作一介绍。

如图1所示。将工频正弦电压信号Ui经过零比较器和微分整形电路，变成负脉冲波Du，然后送入CPU的Du端口。通过单片机的判断指令，查询Du信号是否出现第一次负脉冲，若Du为低电平，则开始计数。以后继续查询Du，在Du信号第二次出现低电平时，关闭计数器。CPU读出计数值，便能换算出工频频率f。频率信号采样子程序如图2。

电压与电流的测量方法完全一样，这里仅以电压测量为例。

如图3所示。工频正弦电压信号Ui经电压过零检测电路和电压放大电路，分别转换成为过零负脉冲信号和电压信号。然后引入到CPU的Du端和A／D转换器的输入端Au上。当电压Ui第一次由负至正过零时，在Du端由CPU查询到负脉冲信号，通过内部软件开启计数器。与此同时，CPU不停地查询Du端是否出现第二个负脉冲，如果发现Du为低电平，单片机迅速关闭计数器，并开始T／4定时（T为计数值）。当定时器完成T／4的定时，立即开启A／D转换器，单片机能准确地采集到电压信号的峰值Vm。电压信号或电流信号采样子程序如图4。

如图5所示。工频正弦电压信号Ui和电流信号i\(_{i}\)，通过过零检测电路，得到过零负脉冲信号Du和Di，它分别送至单片机的Du端和Di端。Du为低电平时开启计数器，Di为低电平时关闭计数器，由此得到的计数值T通过查表的方法，就能找出相对应的功率因数cos功率因数采样子程序如图6。

我们知道，只要测量出V和I，并通过T表得到cossin就可以使用单片机的运算功能，非常方便地计算出有功功率P＝VIcos无功功率Q＝VIsin

根据整个程序的采样、运算及通信的最大可能占用时间，确定其标准采样运行周期。比如1秒钟完成一个周期，那么用电量（电度数） Wh就正比于有功功率P，即Wh＝KP。K为电度换算系数。

为鼓励用户在用电低谷时区内用电，本仪表可以通过单片机的钟表，实现每天用电高峰和低谷分时累计用电量。这就是现在已经有应用的峰谷电度表。

图7为主程序。在主程序中还设有调用报警、罚款子程序，它可以采用罚款的手段，防止用户超负荷或功率因数过低状态下用电。

上述测量仪表，它不仅简化了测试手段，保证了测量精度和实时性，而且还为智能化提供了方便。它符合节省能源的基本国策，因此，单片机在工频参数测量系统中，必然有着广泛的应用前景。（漆小平）