AVR單片機(jī)相對傳統(tǒng)的 51系列單片機(jī),，具有更高的集成度和更強(qiáng)的功能,，與 C語言有很好的兼容性，RISC指令架構(gòu)使其運行速度可達(dá) 1MIPS/MHZ,。隨著其越來越廣泛的應(yīng)用,，必將取代 51系列成為單片機(jī)的主流。其主要功能包括看門狗,、FLASH程序存儲器,、 E2PROM、 A/D轉(zhuǎn)換器,、定時器,、計數(shù)器、USART接口等多種功能,，這使得本測試系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)變得簡單,，可靠。

　　2硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)

　　本文所提及的中頻電源測試系統(tǒng)所測試的對象為三相四線制的中頻電源,，額定輸出電壓為 115V,，頻率為 400Hz，昀大功率 14KW,。需要精確測量和監(jiān)控的電力參數(shù)主要有電壓 (V),、電流(A)、頻率(Hz)、有功功率 (KW)和功率因數(shù),，系統(tǒng)對于負(fù)載變化所引起的電參數(shù)變化要求有較好的實時響應(yīng)能力,，能夠?qū)崟r顯示當(dāng)前電力參數(shù)并對過壓、欠壓,、過流,、相序錯等故障進(jìn)行聲光報警。

　　根據(jù)功能要求,，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示,，由 AVR單片機(jī)( ATMEGA8535)、信號轉(zhuǎn)換,、交流采樣,、數(shù)碼管顯示、LCD顯示,，按鍵選擇和報警等功能模塊組成,。2.1信號轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集被測中頻電源的輸出電壓經(jīng)過變壓器后濾去高頻諧波送入 CD4052準(zhǔn)備采集，輸出電流經(jīng)過互感器后濾去干擾信號,，再經(jīng)過精密采樣電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號送入 CD4052準(zhǔn)備采集。三相電壓信號和電流信號經(jīng)過 CD4052后送入兩片采樣保持器 LF398,，CD4052集成芯片的雙路選擇結(jié)構(gòu)能夠確保輸出同相的電壓信號和電流信號,，其通道地址由 PORTA.0和 PORTA.1給出。兩片采樣保持器 LF398的邏輯控制信號同時由 PORTD.2給出,，確保能夠采集到同一時刻的電壓信號和電流信號,。LF398的輸出信號由 PORTA.6、 PORTD.7輸入單片機(jī),，由采集程序完成數(shù)據(jù)采集,。

　　頻率測量是通過將 CD4052輸出的單相電壓信號經(jīng)電壓比較器 LM339轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘枺涉i相器 74HC4046進(jìn)行頻率跟蹤,，再用分頻器 74HC4020分頻后輸入單片機(jī)的 PORTD.6,，利用單片機(jī)的輸入捕獲功能測量頻率。

　　2.2顯示接口,、按鍵接口和報警功能

　　數(shù)據(jù)顯示部分由數(shù)碼管和 LCD顯示兩部分組成,，按鍵主要用來進(jìn)行顯示切換和系統(tǒng)復(fù)位。其接口和驅(qū)動電路如下圖所示：

　　LCD接口中 PB0,、PB1,、PB2、PB3,、PB6,、PB7分別對應(yīng) LCD的/WR、/RD、RS,、 BUSY,、/CS、/RES引腳,，PD0～PD7做 8位數(shù)據(jù)口,。數(shù)碼管驅(qū)動采用兩片 CD4514產(chǎn)生位選信號，PD0～PD7輸出字型碼到 74LS245驅(qū)動 4×5位數(shù)碼管,，三片 ULN2803做吸收電流功能用,。顯示方式由按鍵程序設(shè)定。

　　當(dāng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果為過壓,、欠壓或低頻時,， PORTD.5為高電平，故障燈亮,，PORTD.6為低電平,，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器響,，進(jìn)行聲光報警,，提示工作人員處理故障。 3軟件模塊設(shè)計與實現(xiàn)在系統(tǒng)的軟件設(shè)計中,，采用模塊化設(shè)計方法,，使得程序結(jié)構(gòu)清晰，便于今后進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)的功能,。系統(tǒng)軟件有以下模塊構(gòu)成：主程序,、鍵盤掃描處理子程序、數(shù)據(jù)采集子程序,、數(shù)字濾波子程序,、數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序等,。

　　在供電系統(tǒng)的運行過程中,，接通和斷開負(fù)載都會產(chǎn)生高頻諧波干擾，如果采用硬件濾波存在硬件電路復(fù)雜,、可靠性下降,、綜合成本加大等諸多不利因素。因此本測試系統(tǒng)求取電力參數(shù)采用數(shù)字濾波方式來祛除干擾,，通過軟件處理來代替硬件電路,，取得了較好的濾波效果。此外,，系統(tǒng)中還采用指令冗余,、軟件陷阱等抗干擾措施,，使系統(tǒng)具有良好可靠性能。

　　3.1交流采樣算法

　　(1)在一個周期內(nèi)對某一相電壓,、電流進(jìn)行等時間間隔連續(xù)采樣,，對得到的 N個采樣數(shù)據(jù)分別計算出電壓 U、電流 I的有效值：

　　3.2軟件流程

　　主流程和按鍵檢測子程序流程如上圖所示,。按鍵檢測主要用于顯示切換,， PORTC.0～ PORTC.4分別對應(yīng)于顯示設(shè)定為 U相、V相,、W相或平均值數(shù)據(jù)采集和濾波子程序流程如上圖所示,。方法為每次等時間間隔采集 16次，經(jīng)過數(shù)字濾波后依次存入采集結(jié)果單元,。

　　數(shù)據(jù)處理和顯示控制子程序流程如上圖所示,。數(shù)據(jù)處理子程序主要將采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為顯示 BCD數(shù)據(jù)存入顯示單元，并對過欠壓,、過流,、低頻等作出判斷。顯示子程序包括數(shù)碼管動態(tài)顯示和 LCD顯示兩大模塊,，其顯示方式由按鍵處理子程序控制,。

　　由于篇幅關(guān)系，本文就不再一一進(jìn)行詳細(xì)介紹,。由以上流程所編寫的程序在實際運行中效果良好,，運行穩(wěn)定可靠，請廣大讀者作為參考,。

　　4結(jié)束語

　　本文所敘述的中頻電源測試系統(tǒng)在實踐中證明能夠快速、準(zhǔn)確地采集各項電力參數(shù),，具有硬件結(jié)構(gòu)簡單,，軟件運行可靠，顯示方式靈活等特點,，在工程實際中具有一定的實用參考價值,。