应用fpga和单片机实现交流电量参数的测量
２００１６年第１１期Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＮｏｖ．２００６
应用ＦＰＧＡ和单片机实现
交流电量参数的测量木
凌滨１，魏佳曼１，刘兴鹏２
（１．东北林业大学，哈尔滨１５００４０；２．黑龙江东方学院，哈尔滨１５００４０）
摘要：系统采用ＦＰＧＡ控制模数转换器，将模拟量转化为数字量，由单片机完成数据处
理、实现电力参数的交流采样，通过液晶显示器显示频率、相位差、电压和电流的实时
值，在过压２０％、欠压２０％时进行报警，并能定时打印电压，电流、频率及相位差值。实践
证明，采用该交流采样方法进行数据采集，通过运算获得的电压、电流有功功率，功率因
数等电力参数有很好的精确度和稳定性。
关键词：ＦＰＧＡ；单片机；交流采样；频率跟踪；电力监测
中图分类号：ＴＰ２７４文献标识码：Ｂ文章编号：１００１—１３９０（２００６）１１－００１６—０３
ＴｈｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＡＣＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＱｕａｎｔｉｔｙＰａｒａｍｅｔｅｒｓｂｙ
ＡｐｐｌｙｉｎｇＦＰＧＡａｎｄ
ＳＣＭ
ＬＩＮＧＢｉｎｌ，ＷＥＩＪｉａ－ｍｉｎｌ，ＬＩＵＸｉｎｇ－ｐｅｎ９２
（１．ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００４０，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＯｒｉｅｎｔａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｈａｒｂｉｎ１５００４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｓｙｓｔｅｍａｄｏｐｔｓＦＰＧＡｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅＤ／Ａｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓａｎａｌｏｇｑｕａｎｔｉｔｙ
ｔｏｄｉｓｔａｌｑｕａｎｔｉｔｙ，ｉｔａｄｏｐｔｓＳＣＭｔｏｆｉｎｉｓｈｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｒｅａｌｉｚｅｔｈｅａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ
ｓａｍｐｌｉｎｇｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｄｉｓｐｌａｙｓｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｐｈａｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｒｅａｌｔｉｍｅｖａｌｕｅｏｆ
ｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｔｈｒｏｕｇｈＬＣＤ．ａｌａｒｍｗｉｌｌｂｅａｃｔｉｖａｔｅｄｉｆｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｉｓ２０％ａｂｏｖｅｏｒｂｅ?
ｌｏｗｎｏｒｍａｌｌｅｖｅｌ，ａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｕｌｄｐｒｉｎｔｔｈｅｖｏｌｔａｇｅ，ｃｕｒｒｅｎｔ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｐｈａｓｅｄｉｆ－
ｆｅｒｅｎｃｅｒｅｇｕｌａｒｌｙ．Ｉｔｈａｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｕｃｈａｓｔｈｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｆ
ｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ，ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｓａｎｄＳＯｏｎｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｏｐｅｒａｔｉｏｎａｒｅｖｅｒｙａｃｃｕｒａｔｅ
ａｎｄｓｔａｂｌｅ，ｂｙａｄａｐｔｉｎｇｔｈｅＡ．Ｃ．ｓａｍｐｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｎｄａｔａ
ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＰＧＡ；ＳＣＭ；ＡＣｓａｍｐｌｉｎｇ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｒａｃｋｉｎｇ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
０引言
随着电力系统的快速发展，电网容量的扩大，使其结构更加复杂，实时监控、调试的自动化显得尤为重要；而电力调度自动化系统中，电力参数的测量是最基本的内容。如何快速。准确地采集各种电力参数显得十分重要。
在实现自动化的过程中，关键的环节是数据采集。根据采集信号的不同，分成直流采样和交流采样两种。通常是把交流电压、电流信号经过变送器转化为０—５Ｖ的直流电压．由仪表采集．此方法软件设计简｝黑龙江省科技厅攻关资助项目（ＧＣ０２Ａ１１８）
一１６一单，对采样值只需做一次比例变换即可得到被测量的数值。但直流采样仍有局限性，无法实现实时信号的采集。变送器的准确度和稳定性对测量准确度有很大影响，设计复杂等。交流采样是通过二次测得的电压、电流经ＣＴ、ＰＴ变成计算机可测量的交流小信号，然后再送入计算机进行处理。由于这种方法能够对被测量的瞬时值进行采样。因而实时性好，相位失真小，并且采用软件编程方法来实现硬件的功能。使硬件的投资大大减小。随着微型机算机在电力系统中的深入应用，交流采样必将以优异的性能价格比，逐步取代传统的直流采样方法。
万方数据
１交流采样原理
若将电压有效值在一个周期内离散化，由
皓嘉、／ｐ㈩山㈩
用有限个采样电压的数字量来代替一个周期内连续变化的电压函数值．则
ｕ４击＼／互￡△＿（２）式中△乙为相邻两次采样的时间间隔；ｕ。为第ｍ一１个时间间隔的电压采样瞬时值：Ⅳ为１个周期的采样点数。若相邻两采样的时间间隔相等，即△乙为常数ＡＴ，考虑Ⅳ＿寿＋１，则有
皓击Ｖ互乏
、／丙丁Ｖ篇”（３）（３）式就是根据一个周期各采样瞬时值及每周期采样点数计算电压信号有效值的公式。同理，电流有效值计算公式如下
厂Ｗ—一
仁击＼／娶２ｃ４，
计算某单相有功功率的公式为
１ｒ
ｒ
舟争胪ｕｄｔ（５）离散化后为
辟击互ｏｕ。（６）
式中ｉ。、ｕ。为同一时刻的电流、电压采样值。
功率因数可由下式求得
ｃ。印２卉（７）测量误差分析：测量电量的周期为５０Ｈｚ．单片机８９Ｃ５１的主频为１２ＭＨｚ，模／数转换器Ａ／Ｄ５５１０（１０位）的转换时问为２５斗ｓ，所以，在一个周期内采样点的最大数量为Ⅳ＿击／２５×１矿＝８００，即使是对电压电流全部的六路信号采样，每周期各采样１２８点，也远远大于耐奎斯特定律得要求。从而应用数字离散化测量对准确度的影响可忽略。影响测量准确度的主要因素是模数转换器Ａ／Ｄ５５１０的量化误差．为１／２１０＝１／１０２４＝０。０９８％，即该交流电量参数测量方法的准确度最高可达０．０９８％。
２系统硬件电路组成
系统的硬件部分由电源、键盘输入电路、主机、数据采集电路、显示器和打印输出电路共６部分组成，
系统总体框图见图１。
２．１数据采集电路
由系统数据采集电路图２可知，输入数据采集通道由传感器、双路四选一多路４０５１、ＦＰＧＡ、高速Ａ／Ｄ５５１０及电压比较器ＬＭ３３９、锁相环４０４６、分频器４０２０构成的频率跟踪电路和用于控制采样保持器的单稳态触发器４５２８级联构成数据采集电路。
由于采集的对象为电压、电流等模拟量，所以必须经ＦＰＧＡ控制高速Ａ／Ｄ５５１０转换器将模拟量变成数字量．存入ＦＰＧＡ中．当数据存满后向８９Ｃ５１的Ｐ３３脚（外中断１）发中断申请，８９Ｃ５１响应后将ＦＰＧＡ的数据读入相应的存储页内．应用并口从ＦＰＧＡ中读取数据。然后进行处理【１］，将进行处理后的电压、电流和功率等值在８２７９控制的显示器上进行显示。
该系统选用Ａ／Ｄ５５１０，ＦＰＧＡ的数据存储量为４ＫＢ。
图１智能参数交流采样总体框图
系统由ＦＰＧＡ计算并控制采样时间间隔。采样时．在１个信号周期内对一相电压、电流等时间间隔采样１２８点，把结果送入片外数据存储器相应的存储页内。三相电压电流信号采完后，对数据进行数字滤波。计算相应的电参量。将电参数的有效值与设定的上限、下限值进行比较，若超出上、下限值，则进行报警．从而完成对电网参数的测量与监控。对频率的测量是将交流电信号经ＬＭ３３９电压比较器变成方波后送到８９Ｃ５１的Ｐ３．２脚（外中断０），由８９Ｃ５１计数器０在方波保持高电平的时间内８９Ｃ５１的内部时钟进行计数。数据处理阶段将转换为频率值后送８２７９进行显示闭。
２．２键盘和显示器电路
采用液晶显示器进行显示。键盘上共设置了８个键，其中：０键用于功能切换；１、２、３为双功能键，分别用于显示Ａ、Ｂ、Ｃ三相电压或电流、频率、功率和相位
一１７—
万方数据
差：４键用于随机打印。
２．３打印机接口电路
８９Ｃ５１直接带一个ＴＰｐ。Ｐ微型打印机，用软件能使其在规定时间自启动并按设计格式打印指定数据圈。３系统软件设计
在系统的软件设计中，采用模块化设计方法，使得程序结构清晰．便于以后进一步扩展系统功能。系统软件有以下模块构成：主程序、时钟中断服务程序、ＦＰＧＡ中断服务程序、键盘中断服务程序、数据采集处
理子程序、显示程序、打印程序和通讯程序等。主程序主要完成系统初始化，装置自检等任务。系统的初始化部分包括ＣＰＵ各端口输入输出设置、中断设置、外围驱动、译码电路的初始化、数据ＲＡＭ的初始化等。系统的数据采集处理子程序的功能是在定时中断服务程序中完成的。在定时中断服务程序中主要进行三相交流电压、电流的采集、数字滤波、采样数据存储。标度变换以及报警判断与串口输出等操作。打印程序由定时中断服务程序设定打印请示标志，主程序查询到该标志时，执行打印准备和启动程序。
ＦＰＧＡ软件如下程序：
ＬＩＢＲＡＲＹＩＥＥＥ；
ＵＳＥ
ＩＥＥＥ．ＳＴＤ＿ＬＯＧＩＣ一１
１６４．舢出
ＵＳＥＩＥＥＥ．ＳＴＤ＿ＬＯＧＩＣＵＮＳＩＧＮＥＤ．ＡＬｋ
ＥＮ７ＩＴＩＹＴＬＣ５５１０ＩＳ
ＰＯＲＴ（
ｄｉｎ：ＩＮＳＴＤ＿ＬＯＧＩＣ＿ＶＥＣＴＯＲ（７ＤＯＷＮＴＯｏ）；
ｃｌｋ：ＩＮＳＴＤ＿ＬＯＧＩＣ；
ｅｌｏｃｋ＿ＡＤ：ＯＵＴＳＴＤ＿ＬＯＧＩＣ；
ｏｅ：ＯＵＴＳＴＤ—ＬＯＧＩＣ；
ｗｒｅｎ：ＯＵＴＳＴＤ＿ＬＯＧＩＣ；
ｄｏｕｔ：ＯＵＴＳＴＤ＿ＬＯＧＩＣ＿ＶＥＣＴＯＲ（７ＤＯＷＮＴＯ０１
）；
ＥＮＤＴＬＣ５５１０；
ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥｈｅｈｖＯＦＴＬＣ５５１０ＩＳ
一１８一ＴｙＰＥｓｔ
ｔｙｐｅ
ＩＳ（ｓｔＯ，ｓｔｌ，ｓｔ２，ｓｔ３，ｓｔ４，ｓｔＳ）；
ＳＩＧＮＡＬｃｕｒｒｅｎｔ：ｓｔ＿ｔｙｐｅ：＝ｓｔ０；
ＢＥＧＩＮ
ＰＲＯＣＥＳＳ（ｅｌｋ）
ＢＥＧＩＮ
ｉｆｅｌｋ’ＥＶＥＮＴＡＮＤｃｌｋ＝’１７ｔｈｅｎ
ＣＡＳＥｃｕｒｒｅｎｔＩＳ
ＷＨＥＮｓｔＯ＝＞
ｏｅ＜＝’１：
Ⅵｅｎ＜＝，ｏｊ
ｃｌｏｃｋ－ＡＤ＜＝仃；
ｃｕｒｒｅｎｔ＜＝ｓｔｌ；
ＷＨＥＮｓｔｌ＝＞
ｏｅ＜：∞１；ｗＨＥＮｓｔ４＿＞
ｃｌｏｃｋ＿ＡＤ＜：，ｋ：ｏｅ＜。勺ｊ
眦ｎ＜：，ｌｊ。ｌｏｃｋ＿ＡＤ＜２ｍ
ｃｕｒｒｅｎｔ＜＝８ｔ２：
Ｗｒｅｎ＜＝，００
ＷＨＥＮｓｔ２：＞！叫”ｔ＜：８ｔ５；
ｏｅ＜：，１：：ＷＨＥＮ
ｓｔ５２＞
ｃｌｏｃｋＡＤ＜＝，１乞
ｄｏｕｔ＜＝ｄｉｌＩ；
：Ｏｅ＜＝勺ｊ
ｗｒｅｎ＜＝’１ｔ
：ｃｌｏｃｋ＿ＡＤ＜＝，ｏ’：
ｃｕ‘珥ｍ＜＝８ｔ３；
ｗｒｅｎ＜＝，ｏｔ
＜＝Ｕ：
ｗＨＥＮｓｔ３＝＞
：ｔＯｃｕｒｒｅｎｔ＜＝ＳｔＵ；
∞‘＝１７；！ＥＮＤＣＡＳＥ；
ｃｌｏｃｋ＿ＡＤ＜＝’ｌｊ…
ｅｎＯｉｔ；
ｗｒｅｎ＜２’１ｊ
ＥＮＤＰＲＯＣＥＳＳ：
ｃ哪ｎｔ＜＝ｓｔ４；！ＥＮＤ
ｂｅｈ，；（下转第３１页）
万
方数据
２００６年第１】期ＥｌｅｅｔｒｉｅａｌＭｅ日．ｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＩｎＭｍｍｅｎｌａｔｉｏｎＮｏｖ．２０Ｄ６
（４）在ＶｉｓｕａｌＣ＋＋中重编译ＤｒｉｖｅｒＷｏｒｋｓ所用的类库：
（５）设置ＤＤＫ路径。
ＤｒｉｖｅｒＷｏｒｋｓ内置功能强大的ＤｒｉｖｅｒＷｉｚａｒｄ交互式向导，以协助用户方便快捷的生成驱动程序框架。用户应根据本ＵＳＢ通信系统实际的硬件、软件配置情况，如实设置各操作步骤需收集的有关信息ｆ如驱动程序类型、总线类型、端点类型、读写方式等）。当最终实现驱动程序的自动生成后，还可结合实际需要在此基础上进行必要的修改和补充，并提供ＳｏｆｔｌＣＥ作为在线调试工具。一般情况下，用户必须添加自定义的ＩｏＣＴＬ函数，此函数的作用是充当应用程序与固件程序之间的中介角色，即针对用户程序（通过ＡＰＩ函数）所发出的ＩＲＰ请求。经适当转换处理后向ＵＳＢ总线发出用户自定义的向量请求，从而令固件程序执行向量表中对应的功能函数并返回结果。其中需要借用ＫｕｓｂＬｏｗｅｒＤｅｒｖｉｃｅ类中的ＢｕｉｌｄＶｅｎｄｏｒＲｅｑｕｅｓｔ函数，其定义为：
ＰＵＲＢＢｕｉｌｄＶｅｎｄｏｒＲｅｑｕｅｓｔ（
ＰＵＣｈａｒＴｒａｎｓｆｅｒＢｕｆｆｅｒ＇
ＵｌｏｎｇＴｒａｎｓｆｅｒＢｕｆｆｅｒＬｅｎｇｔｈ，
ＵｅｈａｒＲｅｑｕｅｓｔ，
ＵｓｈｏｒｔＶａｌｕｅ，
ＢＯＯＬＥＡＮｂｉｎ＝ｆａｌｓｅ，
ＢＯＯＬＥＡＮｂＳｈｏｒｔＯＫ＝ｆａｌｓｅ，
ＰＵＲＢＬｉｎｋ＝ｎｕｌｌ，
ＵｅｈａｒＩｎｄｅｘ＝ｏ．
ＵｓｈｏｒｔＦｕｃｄｏｎ＝ＵＲＢ＿ＦＵＮＣＴＩＯＮ＿ＶＥＮＤＯＲ＿ＤＥＶＩＣＥ，
Ｐｕｒｂｐｕｒｂ－－ｎｕＵ
）
参数Ｒｅｑｕｅｓｔ即代表用户所调用的目标函数在向量表中的位置，Ｖａｌｕｅ，Ｉｎｄｅｘ，ＴｒａｎｓｆｅｒＢｔｄｆｅｒＬｅｎｇｔｈ等参数则分别和固件程序中目标函数的ｗＶａｌｕｅ，ｗＩｎｄｅｘ，ｗＬｅｎｇｔｈ对应一致。
当应用程序需要与ＵＳＢ设备通信时，可利用执行一系列的Ｗｉｎ３２ＡＰＩ函数来实现。例如：首先通过调用ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ函数打开设备并返回句柄。之后即可使
用ＤｅｖｉｃｅｌＯＣｏｎｔｒｏｌ函数与ＷＤＭ驱动成功通信．包括从驱动程序接收和发送数据（也可以采用ＲｅａｄＦｉｌｅ和ＷｒｉｔｅＦｉｌｅ函数实现），最后用ＣｌｏｓｅＨａｎｄｌｅ函数关闭设备句柄。应予指出，上述函数运行有效的前提是在应用ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ建立驱动程序框架时。必须加入与之匹配的ＷＤＭ例程（指Ｋｄｅｖｉｃｅ类的Ｃｒｅａｔｅ、Ｒｅａｄ、％ｔｅ、ＤｅｖｉｃｅＣｏｎｔｒｏｌ、ＣｌｏｓｅＣｌｅａｎＵｐ等成员函数）。
此外，通过面向对象可视化软件开发工具（典型的如ＶｉｓｕａｌＣ＋＋及ＭＦＣ类库）与第三方所提供的丰富控件、组件，正确部署基于ＡＤＯ／ＯＬＥＤＢ数据访问体
系的构架，紧凑规划函数／模块的耦合关系，合理组织数据逻辑层次，统一优化界面的操作与显示设计，使之符合Ｗｉｎｄｏｗｓ应用程序的通用风格和特征。
Ｓ结束语
本系统应用于工业现场的用电数据采集与分析处理，实践证实其运行性能稳定、数据通讯实时可靠，人一机操作简明、维护成本低廉，具有嵌入式微系统的典型特征和优势。另一方面，在高速微处理器支持下，采用计算机图形界面所实现的虚拟仪表与全程微机监控的动态测量。丰富了传统电测仪表技术的内涵、增强了复杂工业环境下检测系统的智能化水平和自适应能力。必将对电气自动化技术的革新和进步产生积极而深远的影响。
参考文献
【１】罗旭，张彦斌，胡国鹏．电子式电能表专用芯片ＣＳ５４６０及其在电
浏仪表中的应用皿．电子技术应用，２００１，２７（５）：６９－７１．
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［３１武安河，等．Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００／ＸＰＷＤＭ设备驱动程序开发【Ｍ】．北京：电子工业出版社２００３．
作者简介：
李辉（１９７７一），男，杭州人，工程师、软件设计师，主要从事计算机与自动化应用系统的设计和研究工作。
收稿日期：２００６－０９－０７
（杨长江编发）
（上接第１８页）
４结束语
单片机测量交流电量参数方案是我们进行的电能监控系统的一部分。从实际的测量情况来看效果很好。从硬件方面投入少，实施方便。从测量质量看，
能够保证测量数据的准确度，可靠性高。该设计是一种具有实用价值的测量交流电量参数方法，该方法在黑龙江省科技厅的《智能电力监控系统》攻关课题中得到应用，效果很好。
参考文献
【ｌ】李朝青．单片机原理及接１３技术【＾ｑ．航空航天大学出版社，１９９８．ｆ２】付先学。智能电力监控系统设计方案田．电测与仪表，２００４，仰：６１—６３．
【３】刘乐善．微型计算机接Ｅｌ技术原理及应ｒｅ［Ｍ］．华中理工大学出版社．１９９９．
作者简介：
凌滨（１９６２一），男，副教授，东北林业大学信息与计算机工程学院。主要从事控制、单片机、自动化测量方面的研究和教学工作。
收稿日期：２００６—０９—３０（杨长江编发）
一３１—
万方数据
应用FPGA和单片机实现交流电量参数的测量
作者：凌滨， 魏佳旻， 刘兴鹏， LING Bin， WEI Jia-min， LIU Xing-peng
作者单位：凌滨,魏佳旻,LING Bin,WEI Jia-min(东北林业大学,哈尔滨,150040)， 刘兴鹏,LIU Xing-peng(黑龙江东方学院,哈尔滨,150040)
刊名：
电测与仪表
英文刊名：ELECTRICAL MEASUREMENT & INSTRUMENTATION
年，卷(期)：2006，43(11)
引用次数：0次
参考文献(3条)
1.李朝清单片机原理及接口技术 1998
2.苏健民.李明.凌滨智能电力监控系统预测负荷的设计方案[期刊论文]-电测与仪表 2004(7)
3.刘乐善.叶济忠.叶永坚微型计算机接口技术原理及应用 1999
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本文链接：https://www.360docs.net/doc/ff8977911.html,/Periodical_dcyyb200611005.aspx
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交流电路元件参数的测定电路分析
深圳大学实验报告 课程名称：电路分析 实验项目名称：交流电路元件参数的测定学院： 专业： 指导教师： 报告人：学号：班级： 实验时间： 实验报告提交时间： 教务部制
实验目的与要求： 1．正确掌握交流电流表、电压表、功率相位组合表的用法。 2．加深对交流电路元件特性的了解。 3．掌握交流电路元件参数的实验测定方法。 方法、步骤： 电阻器、电容器和电感线圈是工程上经常使用的基本元件。在工作频率不高的条件下，电阻器、电容器可视为理想电阻和理想电容。一般电感线圈存在较大电阻，不可忽略，故可用一理想电感和理想电阻的串联作为其电路模型。 电阻的阻抗为： 电容的阻抗为： 电感线圈的阻抗为： 电阻器、电容器、电感线圈的参数可用交流电桥等仪器测出，若手头没有这些设备，可搭建一个简单的交流电路，通过测阻抗算出元件参数值。 1．三表法 利用交流电流表、交流电压表、相位表（或功率表）测量元件参数称为三表法。这种方法最直接，计算简便。元件阻抗为 对于电阻 对于电容 对于电感，， 由已知的电源角频率ω，可进一步确定元件参数。 2．二表法 若手头上没有相位表或功率表，也可只用电流表和电压表测元件参数，这种方法称为二表法。由于电阻器和电容器可看作理想元件，已知其阻抗角为0或90度，故用二表法测其参数不会有什么困难。 二表法测电感线圈参数的电路如图2所示。图中的电阻R是一个辅助测量元件。由 图2可见，根据基尔霍夫电压定律有，而，其中和为假想电压，分别代表线圈中等效电阻r和电感L的端电压。各电压相量关系如图3所示，由于电压U、U1、U2可由电路中测得，故图中小三角形Δaob的各边长已知，再利用三角 形的有关公式求出bc边和ac边的长度，即电压U r和U L可求。最后，由式、 及已知的电源角频率ω可求得线圈的参数。 3．一表法 只用一个交流电压表测量元件参数的方法称为一表法，其原理与二表法相同，不同 的是辅助测量电阻R的阻值应预先已知，这样电路中电流可求，可省去一个电流表。此法有更强的实用性。
应用单片机测试蓄电池剩余电量
机电设备 2004年第1期 — 39 — 应用单片机测试蓄电池剩余电量 Application of Single Chip Computer in Measuring Residual Electricity Quantity of Accumulators 王宗亮，董国保，刘建东 （海军潜艇学院 青岛266042） 摘 要 介绍利用单片机在线测量蓄电池剩余电量的方法．该方法通过测量蓄电池内阻，推算出其剩余电量． 关键词 单片机 在线测量 蓄电池 剩余电量 Abstract The paper introduces the method of using single chip computer in online measurement of residual electricity quantity of accumulators. This method calculates the residual electricity quantity through measuring internal resistance of the accumulator. Keywords single chip computer, online measurement, accumulator, residual electricity quantity 蓄电池的荷电量与整个供电系统的可靠性密切相关，蓄电池剩余电量越多，系统可靠性越高，否则则相反．对于一些重要的用电领域，例如信息处理中心，如果能在既不消耗蓄电池能量，又不影响用电设备正常工作的条件下，实现蓄电池剩余电量的在线监测，具有重要意义． 预测蓄电池剩余电量的常用方法有：密度法、开路电压法、放电法、内阻法．前三种方法测量精度较低且不适合密封蓄电池的在线测量，实际应用也较难．内阻法对被测蓄电池的影响很小，由于蓄电池完全充电（充满）和完全放电（放完）时，其内阻相差（2～4）倍左右，因此，用内阻法预测蓄电池剩余电量有较高的精度，正逐步得到实际应用． 1 内阻法测量原理 1.1 蓄电池等效模型 蓄电池交流等效阻抗Z 模型如图1所示． 图1 蓄电池交流等效阻抗模型 图中：R 1、R 2—正、负电极的极化电阻； C 1、C 2—正、负电极的极化电容； L —引线电感； R Ω—蓄电池欧姆电阻． 蓄电池欧姆电阻表征了电池的荷电程度．但为了简化测量通常从等效阻抗Z 中仅分离纯电阻R （R 由R Ω、R 1、R 2组成），R 与R Ω呈线性关系，故可用R 间接地表征电池荷电程度． 1.2 四线法内阻测量 由于蓄电池内阻很小，一般为十万分之几欧姆，因此测量线的阻抗就不可忽略，为此采用四线法测量，即将驱动电流回路和感应电压电路分开．内阻四线法测量原理如图2所示，其中R S 为取样电阻． 图2 内阻四线法测量原理图 测量蓄电池内阻的方法是：在蓄电池两端施加一个电流源i s ，然后检测蓄电池端电压V 0，以及i s 和V 0两者的夹角θ．三者之间的关系如图3所示．
交流电路参数的测定实验报告
交流电路参数的测定实验报告 一、实验目的: 1.了解实际电路器件在低频电路中的主要电磁特性，理解理想电路与实际电路的差异。明确在低频条件下，测量实际器件哪些主要参数。 2.掌握用电压表、电流表和功率表测定低频元件参数的方法。 3.掌握调压变压器的正确使用。 二、实验原理: 交流电路中常用的实际无源元件有电阻器、电感器和电容器。 在低频情况下，电阻器周围的磁场和电场可以忽略不计，不考虑其电感和分布电容，将其看作纯电阻。可用电阻参数来表征电阻器消耗电能这一主要的电磁特征。 电容器在低频时，可以忽略引线电感，忽略其介质损耗和漏导，可以用电容参数来表征其储存和释放电能的特征。 电感器的物理原型是导线绕制成的线圈，导线电阻不可忽略，在低频情况下，线匝间的分布电容可以忽略。用电阻和电感两个参数来表征。 交流电流元件的等值参数R、L、C可以用专用仪器直接测量。也可以用交流电流表、交流电压表以及功率表同时测量出U、I、P，通过计算获得，简称三表法。 本实验采用三表法，由电路理论可知，一端口网络电压电流及 将测量数据分别记入表一、表二、表三。每个原件各测三次，求其平均值。 三、仪器设备
1.调压变压器 2.交流电压表 3.功率表 4.交流电流表 5.电感电容电阻。 四、注意事项: 1.测量电路的电流限制在1A以内。 2.单相调压器使用时，先把电压调节手轮调在零位，接通电源后再从零位开始升压。每做完一项实验随手把调压器调回零再断开电源。 六、报告要求: 根据测试结果，计算各元件的等效参数，并与实际设备参数进行比较。 五、思考题 若调压变压器的输出端与输入端接反，会产生什么后果,
基于单片机的蓄电池监测系统设计
河南科技大学 课程设计说明书 课程名称电气控制技术 题目基于单片机的蓄电池容量测试系统设计学院农业工程学院＿＿班级＿＿学生姓名 指导教师＿＿＿日期 2015年4月3日
专业课程设计任务书 班级：农电112 姓名：唐聪杰学号： 111403010224 设计题目：基于单片机的蓄电池容量测试系统设计 一、设计目的 熟悉专业课程设计的相关规程、规定，了解电力系统，电网设计数学模型的基本建立方 法和相关算法的计算机模拟，熟悉相关电力计算的内容，巩固已学习的相关专业课程内 容，学习撰写工程设计说明书，对电力系统相关状态进行模拟，对电网设计相关参数计 算机计算设计有初步的认识。 二、设计要求 （1）通过对相应文献的收集、分析以及总结，给出相应项目分析，建立数学模型。 （2）通过课题设计，掌握电力系统计算机算法设计的方法和设计步骤。 （3）学习按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计方法和计算结果。 （4）学生应抱着严谨认真的态度积极投入到课程设计过程中，认真查阅相应文献以及 实现，给出个人分析、设计以及实现。 三、设计任务 （一）设计内容 1．了解蓄电池容量测试原理； 2．设计基于单片机的蓄电池容量测试系统，包括软件和硬件； 3．利用protues软件对所设计系统进行仿真； 4．相关论文在学校图书馆中文数据库“万方数字化期刊”中查找。 （二）设计任务 1．建立相关算法、模型。 2．设计说明书，包括全部设计内容，对电力系统相关状态进行模拟。 3．总体方案图，仿真软件模拟波形图，计算相关参数。 四、设计时间安排 查找相关资料（2天）、确定总体方案，进行必要的计算。（1天）、对电力系统相关 状态进行模拟，计算相关参数，（2天）、 使用（MATLAB）等相关软件进行电路图系统图设计与仿真。（2天）、撰写设计报告（2 天）和答辩（1天）。 五、主要参考文献 [1] 电力工程基础 [2] 工厂供电，电力系统分析 [3] 相关设计仿真软件手册，如（MATLAB）等。 [4] 数学建模算法分析等 [5] 电气工程设计手册等 [2] 图书馆中文数据库“万方数字化期刊”其他相关网络资料 指导教师签字：年月日 基于单片机的蓄电池容量测试系统设计
水厂设计方案
地表水处理系统 设 计 方 案
目录 一、工程概况 二、编制依据 三、规范与标准 四、设计原则 五、编制范围 六、设计参数 七、地表水处理工艺流程 八、工艺说明 九、中央控制系统说明 十、设备参数 十一、人员配备 十二、工程投资估算 附件:平面布置图
一、工程概况 X市要求将地表水(符合《地面水环境质量标准》GB3838-88)进行处理,出水要求符合《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006。 二、编制依据 1、《地面水环境质量标准》 GB3838-88 2、《生活饮用水卫生标准》 GB5749-2006 3.业主提供得资料 三、规范与标准 1、《生活饮用水卫生标准》 GB5749-2006 2、《建筑给水设计规范》 GBJ15-88 3、《水处理设备技术条件》 JB/T2932-1999 4、《地面水环境质量标准》 GB3838-88 四、设计原则 1、优化工艺设计,使系统设备经济、合理、可靠。 2、选用新型优质材料与配件,单体设备结构先进、合理。 3、自动化程度高,操作维护方便,减少劳动强度。 4、设备布局合理、美观。 5、采用合理工艺与流程降低运行费用。 五、编制范围 地表水处理机房内得水处理设备均由本设计方案考虑,机房内得基础条件也可由我公司负责提出,但由业主建设。机房内得所有土建项目与配套得机房建设,供水管网由业主考虑。 业主并将电源、水源接至机房。 六、设计参数 1、原水性质: A: 符合地面水环境质量标准II类水质 B: 符合地面水环境质量标准I类水质
2、处理水量: A:Q=100t/h; 3、出水水质: 符合《生活饮用水卫生标准》 GB5749-2006 七、地表水处理工艺流程 1、工艺确定 A:Q=2400t/d 由于原水为符合地表水地面水环境质量标准II类水质,而出水要求达到《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006,所以工艺主要考虑采用微絮凝与过滤技术来达到要求,为了加强对有机污染物得去除效果,系统将设置活性炭过滤,最后在出水口投加二氧化氯消毒以确保细菌指标达到设计要求。 本工艺中多介质过滤与活性炭过滤均为自动运行,根据压差到达设定值时自动反洗,水源在洪水期间水中得悬浮物将最高达500mg/l, 过滤器到达设定得压差得时间将大大缩短,即过滤器将缩短工作周期自动反洗来应付高浊度原水,系统出水仍然达到设计要求。 本工艺中机械过滤均为自动运行,根据压差到达设定值时自动反洗,水源在洪水期间水中得悬浮物将最高达500mg/l, 过滤器到达设定得压差得时间将大大缩短,即过滤器将缩短工作周期自动反洗来应付高浊度原水,系统出水仍然达到设计要求。 3、工艺流程图 根据原水水质与出水要求,本设计建议采用以下处理工艺: A:Q=2400t/d 混凝剂二氧化氯 ↓↓原水→原水泵(反洗泵) →管道混合器→多介质过滤器→活性炭过滤器→清水池→供水管网 B:Q=5000t/d 混凝剂二氧化氯 ↓↓
交流电路参数的测定三表法的实验原理
交流电路参数的测定三表法的实验原理 1．交流电路元件的等值参数R，L，C可以用交流电桥直接测得，也可以用交流电压表、交流电流表和功率表分别测量出元件两端的电压U、流过该元件的电流I和它消耗的功率P，然后通过计算得到。后一种方法称为“三表法”。“三表法”是用来测量50Hz频率交流电路参数的基本方法。 如被测元件是一个电感线圈，则由关系 可得其等值参数为 同理，如被测元件是一个电容器，可得其等值参数为 2．阻抗性质的判别方法。如果被测的不是一个元件，而是一个无源一端口网络，虽然从U,I,P三个量，可得到该网络的等值参数为R＝|Z|cos，X＝|Z|sin，但不能从X的值判断它是等值容抗，还是等值感抗，或者说无法知道阻抗幅角的正负。为此，可采用以下方法进行判断。 （1）在被测无源网络端口（入口处）并联一个适当容量的小电容。在一端口网络的端口再并联一个小电容C'时，若小电容C'＝Zsinr,a，视其总电流的增减来判断。若总电流增加，则为容性；若总电流减小，贝刂为感性。图1（a）中，Z为待测无源网络的阻抗，C'为并联的小电容。图1（b）是图1（a）的等效电路，图中G，B为待测无源网络的阻抗Z的电导和电纳，B'为并联小电容C'的电纳。在端电压有效值不变的条件下，按下面两种情况进行分析： ①设B＋B'＝B"，若B'增大，B"也增大，则电路中电流I单调地增大，故可判断B为容性。 ②设B＋B'＝B"，若B'增大，而B"先减小再增大，则电流I也是先减小再增大，如图2所示，则可判断B为感性。 由以上分析可见，当B为容性时，对并联小电容的值C'无特殊要求；而当B为感性时，B'<|2B|才有判定为感性的意义。B'>|2B|时,电流单调增大,与B为容性时相同,但并不能说明电路是感性的。因此， B'<|2B|是判断电路性质的可靠条件。由此可得定条件为
交流电路元件参数的测定
深圳大学实验报告 课程名称：电路与电子学 实验项目名称：交流电路元件参数的测定 学院：信息工程学院 专业：无 指导教师：吴迪 报告人：王文杰学号：2013130073 班级：信工02 实验时间：2014/5/22 实验报告提交时间：2014/5/26 教务部制
一、实验目的与要求： 1．正确掌握交流数字仪表（电压表、电流表、功率表）和自耦调压器的用法。 2．加深对交流电路元件特性的了解。 3．掌握交流电路元件参数的实验测定方法。 二、方法、步骤： 电阻器、电容器和电感线圈是工程上经常使用的基本援建。在工作频率不高的条件下，电阻器、电容器可视为理想电阻和理想电容。一般电感线圈存在较大电阻，不可忽略，故可用一理想电感和理想电阻的串联作为电路模型。 电阻的阻抗为：Z=R 电容的阻抗为：Z=jX C=－j(1/ωC) 电感线圈的阻抗为：Z=r+ jX L=r+jωL=|Z|∠ 电阻器、电容器、电感线圈的参数可用交流电桥等一起测出，若手头没有这些设备，可大减一个简单的交流电路，通过测阻抗算出元件参数值。 1.三表法 利用交流电流表、交流电压表、相位表（或功率表）测量元件参数称为三表法、这种方法最直接，计算简便。实验电路如图1所示。元件阻抗为： 对于电阻 对于电容 对于电感 由已知的电源角频率ω，可进一步确定元件参数。
2.二表法 若手头上没有相位表或功率表，也可只用电流表和电压表测元件参数，这种方法称为二表法。由于电阻器和电容器可看作理想元件，已知其阻抗为0或者90度，故用二表法测其参数不会有什么困难。 二表法测电感线圈参数如图2所示。途中的电阻R是一个辅助测量元件。由图2课 件，根据基尔霍夫电压定律有，而，其中和为假想电压，分别代表线圈中等效电阻r和电感L的端电压。各电压相量关系如图3所示，忧郁U、U1、U2可由电路中测的，故途中小三角△aob的各边长已知，再利用三角形的有关公式（或准确地画出图3，由图3直接量的）求出bc边和ac边的长度，即电压U r 和U L可求。最后，由式及已知的电源角频率ω可求得线圈的参数。 3.一表法 只用一个交流电压表测量元件参数的方法称为一表法，其原理与二表法相同，不同
单相电路参数测量和功率因数的提高
单相电路参数测量及功率因数的提高 一实验目的 1．掌握单相功率表的使用。 2．了解日光灯电路的组成、工作原理和线路的连接。 3．研究日光灯电路中电压、电流相量之间的关系。 4．理解改善电路功率因数的意义并掌握其应用方法。 二实验原理 1．日光灯电路的组成 日光灯电路是一个RL串联电路，由灯管、镇流器、起辉器组成，如图3－1所示。由于有感抗元件，功率因数较低，提高电路功率因数实验可以用日光灯电路来验证。 I 图3－1日光灯的组成电路 灯管：内壁涂上一层荧光粉，灯管两端各有一个灯丝（由钨丝组成），用以发射电子，管内抽真空后充有一定的氩气与少量水银，当管内产生辉光放电时，发出可见光。 镇流器：是绕在硅钢片铁心上的电感线圈。它有两个作用，一是在起动过程中，起辉器突然断开时，其两端感应出一个足以击穿管中气体的高电压，使灯管中气体电离而放电。二是正常工作时，它相当于电感器，与日光灯管相串联产生一定的电压降，用以限制、稳定灯管的电流，故称为镇流器。实验时，可以认为镇流器是由一个等效电阻R L和一个电感L串联组成。 起辉器：是一个充有氖气的玻璃泡，内有一对触片，一个是固定的静触片，一个是用双金属片制成的U形动触片。动触片由两种热膨胀系数不同的金属制成，受热后，双金属片伸张与静触片接触，冷却时又分开。所以起辉器的作用是使电路接通和自动断开，起一个自动开关作用。 2．日光灯点亮过程 电源刚接通时，灯管内尚未产生辉光放电，起辉器的触片处在断开位置，此
时电源电压通过镇流器和灯管两端的灯丝全部加在起辉器的二个触片上，起辉器的两触片之间的气隙被击穿，发生辉光放电，使动触片受热伸张而与静触片构成通路，于是电流流过镇流器和灯管两端的灯丝，使灯丝通电预热而发射热电子。与此同时，由于起辉器中动、静触片接触后放电熄灭，双金属片因冷却复原而与静触片分离。在断开瞬间镇流器感应出很高的自感电动势，它和电源电压串联加到灯管的两端，使灯管内水银蒸气电离产生弧光放电，并发射紫外线到灯管内壁，激发荧光粉发光，日光灯就点亮了。 灯管点亮后，电路中的电流在镇流器上产生较大的电压降（有一半以上电压），灯管两端（也就是起辉器两端）的电压锐减，这个电压不足以引起起辉器氖管的辉光放电，因此它的两个触片保持断开状态。即日光灯点亮正常工作后，起辉器不起作用。 3．日光灯的功率因数 日光灯点亮后的等效电路如图2 所示。灯管相当于电阻负载R A ，镇流器用内阻R L 和电感L 等效代之。由于镇流器本身电感较大，故整个电路功率因数很低，整个电路所消耗的功率P 包括日光灯管消耗功率P A 和镇流器消耗的功率P L 。只要测出电路的功率P 、电流I 、总电压U 以及灯管电压U R ，就能算出灯管消耗的功率P A =I ×U R ， 镇流器消耗的功率P L =P ?P A ，UI P =?cos R A 图3－2日光灯工作时的等效电路 2．功率因数的提高 日光灯电路的功率因数较低，一般在0.5 以下，为了提高电路的功率因数，可以采用与电感性负载并联电容器的方法。此时总电流I 是日光灯电流 I L 和电容器电流 I C 的相量和：? ? ? +=C L I I I ，日光灯电路并联电容器后的相量图如图3 所示。由于电容支路的电流I C 超前于电压U 90°角。抵消了一部分日光灯支路电流中的无功分量，使电路的总电流I 减小，从而提高了电路的功率因数。电压与电流的相位差角由原来的 1?减小为?，故cos ?＞cos 1?。 当电容量增加到一定值时，电容电流C I 等于日光灯电流中的无功分量，?= 0。cos ?=1，此时总电流下降到最小值，整个电路呈电阻性。若继续增加电容量，
实验十二--用三表法测量交流电路等效参数
实验报告 一、实验目的 1. 学会用交流电压表、交流电流表和功率表测量元件的交流等效参数的方法 2. 学会功率表的接法和使用 二、原理说明 1. 正弦交流激励下的元件值或阻抗值，可以用交流电压表、交流电流表及功率表，分别测量出元件两端的电压U，流过该元件的电流I和它所消耗的功率P，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法，是用以测量50Hz交流电路参数的基本方法。 计算的基本公式为 阻抗的模 │Z│= U I 电路的功率因数 cosφ= P UI 等效电阻 R＝P I 等效电抗X=│Z│sinφ 如果被测元件是一个电感线圈，则有： X= XL=│Z│sinφ= 2πf L 如果被测元件是一个电容器，则有： X= X C=│Z│sinφ= 1 2πfc 2. 阻抗性质的判别方法： 在被测元件两端并联电容或串联电容的方法来加以判别，方法与原理如下： (1) 在被测元件两端并联一只适当容量的试验电容, 若串接在电路中电流表的读数增大，则被测阻抗为容性，电流减小则为感性。 (a) (b) 图12-1 并联电容测量法 图12-1(a)中，Z为待测定的元件，C’为试验电容器。(b)图是(a)的等效电路，图中G、B为待测阻抗Z的电导和电纳，B'为并联电容C’的电纳。在端电压有效值不变的条件下，按下面两种情况进行分析： ①设B＋B’＝B"，若B’增大，B"也增大，则电路中电流I 将单调地上升，故可判断B 为容性元件。 ②设B＋B’＝B"，若B’增大，而B"先减小而后再增大，电流I 也是先减小后上升， 如图5-2所示，则可判断B为感性元件。 I I2
I g B 2B B ’ 图5-2 I -B'关系曲线 由上分析可见，当B 为容性元件时，对并联电容C ’值无特殊要求；而当B 为感性元件时，B ’<│2B │才有判定为感性的意义。B ’>│2B │时， 电流单调上升，与B 为容性时相同，并不能说明电路是感性的。因此B ’<│2B │是判断电路性质的可靠条件，由此得判定条件为 C ’= 2B ω (2) 与被测元件串联一个适当容量的试验电容，若被测阻抗的端电压下降，则判为容性，端压上升则为感性，判定条件为 1ωC ’ <│2X │ 式中X 为被测阻抗的电抗值，C ’为串联试验电容值，此关系式可自行证明。 判断待测元件的性质，除上述借助于试验电容C'测定法外还可以利用该元件电流、电压间的相位关系，若i 超前于u ，为容性；i 滞后于u ，则为感性。 序号 名称 型号与规格 数量 备注 1 交流电流表 1 D37-1 2 交流电压表 1 D38-1 3 单相功率表 1 D34- 2 4 自耦调压器 1 DG01 5 电容负载 4.7μF 450V 1 DG09 6 电感线圈 40W 日光灯配用 1 DG09 7 白炽灯 25W/220V 3 DG08 四、实验内容 测试线路如图12-3所示 1. 按图12-3接线，并经指导教师检查后，方可接通市电电源。 2. 分别测量15W 白炽灯(R)，40W 日光灯镇流器(L) 和4.7μf 电容器( C)的等效参数。要求R 和C 两端所加的电压为220V ，L 中流过电流小于0.4A 。 3. 测量L 、C 串联与并联后的等效参数。 4. 用并接试验电容的方法来判别LC 串联和并联后阻抗的性质。 计算所需的电容大小：
开题报告——基于单片机的锂离子电池电量检测系统毕业设计论文
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 南昌工程学院 09 级毕业（设计）论文开题报 告 机械与电气工程学院系（院）电气工程及其自动化专 业 题目基于单片机的锂离子电池电量检测系统设计 班级09电气工程及其自动化（1）班 学号 指导教师饶繁星
日期2013 年 1 月 4 日 南昌工程学院教务处订制
题目：基于单片机的锂离子电池电量检测系统设计 一、选题的依据及课题的意义 随着手机、数码相机、摄像机、手提电脑、音频视频播放器等便携式电子设备的迅猛发展，由于其便携性的特点，便携式设备必须由电池来进行供电。目前，便携式仪表的主流供电电池有铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池，锂电池和锂聚合物电池等。与其它主流可充电电池相比，具有高单体电池电压、高功率密度、长循环寿命、无记忆效应、低自放电率等优点。锂电池是指以锂为负极材料的化学电池的总称，大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，该类电池具有较高能量质量比和能量体积比。 为了提高电池的使用率及全面掌握电池的状态，大多数设备在应用场合需要显示电池组的剩余电量信息，以供使用者明确电池组的工作状态，及时对电池组进行充电。在电池放电过程中，电池电压与剩余电量、工作时间之间并不是线性关系，所以并不能简单地采用电压采样、函数计算剩余电量。针对该要求，设计了一种基于单片机的锂离子电池电量检测系统，该检测系统的设计对全面掌握锂离子电池的电量状态，提高其利用率具有现实意义。本设计的研究成果若能广泛应用于便携式电子产品，为人类日常生活和生活质量的提高有着深远的意义。
二、研究概况及发展趋势综述 锂电池常用的电量检测方法有两种，一种是利用库仑计，根据电池工作的电流与时间进行计算出电池的实际容量，此种检测方法是最准确的检测方法，一般用的芯片有TI，美信等电池管理芯片，但是成本太高，调试复杂。另一种方法是利用电池工作的电压曲线来分析出电池的容量，这种方式比较简单，成本也低，由于直接采用比较器如LM339，LM324等，检测精度低，检测相对很不准确，温漂大，功耗大。 在满足要求的前提下，本设计尽可能采用简单的锂离子电池电量检测方案，提出的基于单片机的锂离子电池电量检测方案，抗干扰能力强，并且可以实现对锂离子电池电量的高精度检测。 在本设计方案中，没有考虑电池老化等复杂因素对电量检测精度产生的负面影响，所以检测结果稍有误差。未来在要求更高精度的锂离子电池电量检测应用中，该检测系统必须考虑这些复杂问题对检测精度的影响，还需要做进一步的改进，让检测精度提高一个水平。
RLC正弦交流电路参数测量实验报告(001)
RLC正弦交流电路参数测量实验报告
【RLC正弦交流电路参数测量】实验报告 【实验目的】 1.熟悉正弦交流电的三要素，熟悉交流电路中的矢量关系； 2.学习用示波器观察李萨尔图形的方法； 3.掌握R,L,C元件不同组合时的交流电路参数的基本测量方法。 【实验摘要（关键信息）】 1.在面包板上搭接R、L、C的并联电路； 2、将R、L并联，测量电压和电流的波形和相位差，计算电路的功率因素。 3、将R、C并联，测量电压和电流的波形和相位差，计算电路的功率因素。 4、将R、L、C并联，测量电压和电流的波形和相位差，由相位差分析负载性质。计算功率因素。 【实验原理】 1.正弦交流电的三要素 初相角：决定正弦量起始位置； 角频率：决定正弦量变化快慢 幅值:决定正弦量的大小。 2.电路参数 在正弦交流电路的负载中，可以是一个独立的电阻器、电感器或电容器，也可以由他们相互组合（以串联为例）。电路里元件的阻抗特性为 当采用交流电压表、电流表和有功功率表对电路 测量时（三表法），可用下列计算公式来表述Z与 P、U、I相互之间的关系： 负载阻抗的模︱Z︱；负载回路的等效电阻 ； 负载回路的等效电抗； 功率因数cosφ;电压与电流的相位差φ 当φ>0时，电压超前电流；当φ<0时，电压滞后电流。 3.矢量关系：基尔霍夫定律在电路电路里依然成立，有和，可列出回路方程与节点方程。 【电路图】
电路图1 电路图2
电路图3 【实验环境（仪器用品等）】 面包板，示波器，1KΩ电阻，47Ω电阻,导线,函数发生器，10mH电感，0.1μF 电容 【实验操作】 1.分别按照电路图1、2、3在面包板上连接电路； 2.调节函数发生器，使其通道1输出频率为1KHz,峰峰值为5V的正弦波； 3.示波器校准，通道1接入函数发生器输出的信号，通道2接入通过47Ω小 电阻的信号，两通道地线要接在一起； 4.调节示波器，使其为李萨尔图形，观察两波形相位差，记录数据并分析。【实验数据与分析】 1.R、L并联
(完整版)开题报告——基于单片机的锂离子电池电量检测系统毕业设计论文
南昌工程学院 09 级毕业（设计）论文开题报 告 机械与电气工程学院系（院）电气工程及其自动化专 业 题目基于单片机的锂离子电池电量检测系统设计 学生姓名纪炜焕 班级09电气工程及其自动化（1）班 学号 指导教师饶繁星
日期2013 年 1 月 4 日 南昌工程学院教务处订制
题目：基于单片机的锂离子电池电量检测系统设计 一、选题的依据及课题的意义 随着手机、数码相机、摄像机、手提电脑、音频视频播放器等便携式电子设备的迅猛发展，由于其便携性的特点，便携式设备必须由电池来进行供电。目前，便携式仪表的主流供电电池有铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池，锂电池和锂聚合物电池等。与其它主流可充电电池相比，具有高单体电池电压、高功率密度、长循环寿命、无记忆效应、低自放电率等优点。锂电池是指以锂为负极材料的化学电池的总称，大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，该类电池具有较高能量/质量比和能量/体积比。 为了提高电池的使用率及全面掌握电池的状态，大多数设备在应用场合需要显示电池组的剩余电量信息，以供使用者明确电池组的工作状态，及时对电池组进行充电。在电池放电过程中，电池电压与剩余电量、工作时间之间并不是线性关系，所以并不能简单地采用电压采样、函数计算剩余电量。针对该要求，设计了一种基于单片机的锂离子电池电量检测系统，该检测系统的设计对全面掌握锂离子电池的电量状态，提高其利用率具有现实意义。本设计的研究成果若能广泛应用于便携式电子产品，为人类日常生活和生活质量的提高有着深远的意义。
二、研究概况及发展趋势综述 锂电池常用的电量检测方法有两种，一种是利用库仑计，根据电池工作的电流与时间进行计算出电池的实际容量，此种检测方法是最准确的检测方法，一般用的芯片有TI，美信等电池管理芯片，但是成本太高，调试复杂。另一种方法是利用电池工作的电压曲线来分析出电池的容量，这种方式比较简单，成本也低，由于直接采用比较器如LM339，LM324等，检测精度低，检测相对很不准确，温漂大，功耗大。 在满足要求的前提下，本设计尽可能采用简单的锂离子电池电量检测方案，提出的基于单片机的锂离子电池电量检测方案，抗干扰能力强，并且可以实现对锂离子电池电量的高精度检测。 在本设计方案中，没有考虑电池老化等复杂因素对电量检测精度产生的负面影响，所以检测结果稍有误差。未来在要求更高精度的锂离子电池电量检测应用中，该检测系统必须考虑这些复杂问题对检测精度的影响，还需要做进一步的改进，让检测精度提高一个水平。
水厂常用设计参数100
水厂常用设计参数净水构筑物的允许流速、水头损失和池总高度
1. 斜板垂直净距一般采用80-120mm，斜管直径一般采用50-80mm； 2. 斜板（管）长度为1-1.2m； 3. 倾角一般为60°；
4. 斜板（管）底部缓冲区高度一般为0.5-1m； 5. 斜板（管）上部水深一般为0.7-1m； 6. 池内停留时间：初次沉淀≤30min；二次沉淀≤60min。
竖流式沉淀池设计数据 1. 池直径或正方形边长与有效水深的比值≤3，池直径一般采用4-7m； 2. 当池直径或正方形边长< 7m时，澄清水沿周边流出。个别当直径≥7m时，应设辐射式集水支渠； 3. 中心管内流速≤30mm/s； 4. 中心管下口的喇叭口和反射板要求： 1）反射板板底距泥面≥0.3mm； 2）反射板直径及高度为中心管直径的1.35倍； 3）反射板直径为喇叭口直径的1.3倍； 4）反射板表面对水平面的倾角为17°； 5）中心管下端至反射板表面之间的缝隙高为0.25-0.5m，缝隙中心污水流速，在初次沉淀池中≤30mm/s，在二次沉淀池中≤20mm/s； 5. 排泥管下端距池底≤0.2m，管上端超出水面≥0.4m； 6. 浮渣挡板距集水槽0.25-0.5m，高出水面0.1-0.15m，淹没深度0.3-0.4m。 平流式沉淀池设计数据 1. 长宽比以3-5为宜； 2. 长与有效水深比一般采用8-12； 3. 池底纵坡一般采用0.01-0.02，机械刮泥时不小于0.005； 4. 初次沉淀池最大水平流速为7mm/s,二次沉淀池为5mm/s； 5. 进出口处挡板位置 1）高出池内水面0.1-0.15m； 2）进出挡板淹没深度一般为0.5-1.0m； 3）出口挡板淹没深度一般为0.3-0.4m； 4）挡板距进水口0.5-1.0m，距出水口0.25-0.5m； 6. 非机械刮泥时，缓冲层高度0.5m，机械刮泥时，缓冲层上缘宜高出刮泥板0.3m； 7. 刮泥机行进速度一般为0.6-0.9m/min； 8. 排泥管直径为< 200mm； 9. 入口整流墙的开孔总面积为过水断面的6%-20%； 10. 出水锯齿形三角堰，水面宜位于齿高的1/2处。 沉砂池 1.一般规定 1）沉砂池去除对象是密度为2.65/cm3，粒径在0.2mm以上的砂粒； 2）城市污水沉砂量可按106m3污水沉砂15-30m3计算，其含水率为60%，其密度为1500kg/m3； 3）砂斗容积应按2天内沉砂量计算，斗壁与水平倾斜角不小于55°；
实验十五测量电路等效参数
实验十五 用三表法测量电路等效参数 一、实验目的 1. 学会用交流电压表、 交流电流表和功率表测量元件的交流等效参数的方法。 2. 学会功率表的接法和使用。 二、原理说明 1. 正弦交流信号激励下的元件值或阻抗值，可以用交流电压表、 交流电流表及功率表分别测量出元件两端的电压U 、流过该元件的电流I 和它所消耗的功率P ，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法， 是用以测量50Hz 交流电路参数的基本方法。 计算的基本公式为： 阻抗的模I U Z = ， 电路的功率因数 cos φ＝UI P 等效电阻 R ＝ 2I P ＝│Z │cos φ， 等效电抗 X ＝│Z │sin φ 或 X ＝X L ＝2πfL ， X ＝Xc ＝ fC π21 1. 阻抗性质的判别方法：可用在被 测元件两端并联电容或将被测元件与电容 串联的方法来判别。其原理如下： 图15-1 并联电容测量法 (1) 在被测元件两端并联一只适当容量的试验电容, 若串接在电路中电流表的读数增大，则被测阻抗为容性， 电流减小则为感性。 图15-1(a)中，Z 为待测定的元件，C'为试验电容器。 (b)图是(a)的等效电路，图中G 、B 为待测阻抗Z 的电导 和电纳，B'为并联电容C' 的电纳。在端电压有效值不变 的条件下，按下面两种情况进行分析： ① 设B ＋B'＝B"，若B'增大，B"也增大，则 图15-2 电路中电流I 将单调地上升，故可判断B 为容性元件。 ② 设B ＋B'＝B"，若B'增大，而B"先减小而后再增大，电流I 也是先减小后上升，如图15-2所示，则可判断B 为感性元件。 由以上分析可见，当B 为容性元件时，对并联电容C'值无特殊要求；而当B 为感性元件时，B'<│2B │才有判定为感性的意义。B'>│2B │时，电流单调上升，与B 为容性时 相同，并不能说明电路是感性的。因此B'<│2B │是判断电路性质的可靠条件， , . . (a) (b)
基于单片机的蓄电池电量检测系统
基于单片机的蓄电池电量检测系统 崔秋丽1，2(1.苏州大学电子信息学院，江苏苏州 215006;2.苏州工业职业技术学院，江苏 苏州215104) 作者简介：崔秋丽（1978-），硕士研究生，讲师，主要研究方向：电子应用技术。 摘要：随着蓄电池在生产生活中的大量应用，如何实时的对蓄电池进行电量检测变得很有实 际意义。本文介绍了一种检测蓄电池电量的方法，在实际工作中取得了良好的效果。 关键词：蓄电池；剩余电量；方法中图分类号：TM912 随着生产力和科学技术的发展，蓄电池作为一种性能可靠的化学电源，其应用价值与日俱增，日益广泛地运用在航空航天、交通运输、电力、通信、军事工业等部门的设备中，已经成为 这些设备中最重要的关键系统部件之一。蓄电池剩余电量是用户非常关心的一个问题，因为 蓄电池电量的多少直接影响整个供电系统的可靠性。而供电系统的可靠性将决定整个系统能 否正常运行。因此及时准确的检测蓄电池剩余电量变得非常重要，而检测方法的研究则很有 实际意义。 蓄电池是一个复杂的电化学系统，它在不同负载条件或不同环境温度下运行时，实际可供释 放的剩余电量不同；而且随着蓄电池使用时间增加，其电量也将下降。通常用来检测蓄电池 电量的方法有多种，比如根据蓄电池的电解液密度来估算剩余电量的密度法，该方法精度较 低而且有很大局限性：不适合密封的蓄电池；随着蓄电池使用时间的增加，电极的损坏，更 加难以准确推算出剩余电量。同时，这种方法也难以适应目前广泛应用的VRLA蓄电池的在 线检测。近些年常用的几种蓄电池剩余容量检测方法之中，对在线使用的蓄电池来说，基于 单片机的电池电量检测方法对系统产生的影响较小，并且测量精度较高，即使蓄电池电极损 坏也能较为准确的检测其电量。 1电池特性 蓄电池所做的有效功是电容量和电压的乘积。蓄电池的电容量是放电电流与放电时间之积。 因此蓄电池大特性以电容量、电动势、内阻和放电效率表示，这些参数成为衡量电池性能的 主要参数。电动势是电池在理论上输出能量大小的量度之一。电动势与反应物质性质、和有关，也与电解液的温度和浓度有关。 电池的放电电压随放电时间的平稳性表示电压精度的高低。电压随放电时间变化的曲线，称 放电曲线。电池工作电压的数值及平稳程度依赖于放电条件。高速率、低温条件下放电时， 电池的工作电压将降低，平稳程度下降。 2 BQ2301型单片机检测蓄电池容量的原理介绍及工作流程图 BQ2301是TI系列的专用芯片，为优化铅酸蓄电池的充电性能而设计。它有灵活的脉宽调制 调节器，PWM调节器的频率可由外接电容来方便灵活的设定。所以BQ2031能以恒压、恒流 或恒流脉冲等方式对蓄电池进行充电。因其采用开关模式设计，使得即使在大电流充电情况下，本身的损耗非常小，对整个工作系统影响很小。 BQ2301内部结构框图如图2所示, 从图中可以看出它主要由温度补偿电压基准、通电复位电路、最长充电时间定时器、充电状态控制器、PWM调节器、振荡器和显示控制电路等几部 分组成。 当加到Vcc上的电源大于最小允许值时,通电后首先激活电池温度监视器。BQ2301将对加在 管脚TS和SNS之间的电压(VTEMP)进行采样，与设定值相比较,以监控温度。如BQ2301发现 电池温度超出设定范围(或温度传感器缺失),则进入充电等待状态。在这种状态下,所有的定时 器都停止,充电电流由MOD控制并保持在极低水平上。
水厂设计计算书
设计计算书 第一节、水量计算 该水厂设计产水量为 18500 m3/d 自用水系数 10% 水厂的井水量为 Q=18500（1+0.1）=20350 m3/d=847.92h /m 3 =0.24s m /3 第二节、混凝 1.混凝剂药剂的选用 根据任务书，选取药剂为三氯化铁，三氯化铁的投加量选取为10㎎/L ，其特点为： 三氯化铝的混凝效果受温度影响小，絮粒较密实，适用原水的pH 值约在6.0--8.4之间。 药剂投加方式 干式与湿式的优缺点的比较： 投加方式一般有重力投加和压力投加，大多数情况下水厂采用压力投加，本设计 采用水射器投加方式。如下图： 混凝剂的湿式投加系统如下图： 2、加药间的设计计算 设计要求：加药间尽量设置在投药点的附近；加药间和药剂仓库可根据具体情况设置机械搬运设备；加药管可以采用塑料管、不锈钢或橡皮管，溶药用的给水管选用镀锌钢管，排渣管采用塑料管；加药间要有室内冲洗设施，室内地面要有5‰的坡度坡向集水坑；加药间要通风良好，冬季有保温措施；加药间与仓库连在一起，仓库储量按最大投加期间的1～3个月的用量计算。 3、溶液池容积 n b Q a W ???= 4171= 2 1041792 .84710??? =1.02m 3 取1.5 m 3 式中：a —混凝剂（三氯化铁）的最大投加量（mg/L ），本设计取10mg/L ； b —溶液浓度，一般取5%-20%，本设计取10%； Q —处理水量，本设计为847.92h /m 3
n —每日调制次数，一般不超过3次，本设计取2次。 溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置2座，一备一用，保证连续投药。单池尺寸为L ×B ×H=1.5×1.0×1.6，高度中包括超高0.3m ，沉渣高度0.3m ，置于室内地面上。溶液池实际有效容积：1W = L ×B ×H=1.5×1.0×1.0=1.5m 3，满足要求。 池旁设工作台，宽1.0-1.5m ，池底坡度为0.02。底部设置DN100mm 放空管，采用硬聚氯乙烯塑料管。池内壁用环氧树脂进行防腐处理。沿池面接入药剂稀释采用给水 管DN60mm ，按1h 放满考虑。 4、溶解池容积 式中： 2W —溶解池容积（m 3 ），一般采用（0.2-0.3）1W ；本设计取0.31W 溶解池也设置为2池，单池尺寸：L ×B ×H=1.0×0.5×1.5，高度中包括超高0.3m ，底部沉渣高度0.2m ，池底坡度采用0.02。则溶解池实际有效容积：1W = L ×B ×H=1.0×0.5×1.0=0.5 m 3 ，满足要求。 溶解池的放水时间采用t ＝10min ，则放水流量： q 0= t W 602=60 101000 45.0??=0.75 L/S, 查水力计算表得放水管管径0d ＝50mm ，相应流速v=0.38m/s ，管材采用硬聚氯乙烯管。溶解池底部设管径d ＝50mm 的排渣管一根，采用硬聚氯乙烯管。溶解池的形状采用矩形钢筋混凝土结构，内壁用环氧树脂进行防腐处理。 5、投药管 投药管流量：q= 606024100021????W =60 60241000 25.1????=0.04L/S 查水力计算表得投药管管径d ＝10mm ，相应流速为0.5m/s 。 6、 溶解池搅拌设备 溶解池搅拌设备采用中心固定式平桨板式搅拌机。 7、计量投加设备 本设计采用耐酸泵和转子流量计配合投加。 计量泵每小时投加药量:q= 121W =12 5 .1=0.125m 3/h
交流电路参数的测定三表法的实验原理(精)
交流电路参数的测定三表法的实验原理 交流电路参数的测定三表法的实验原理 类别：电子综合 1．交流电路元件的等值参数R，L，C可以用交流电桥直接测得，也可以用交流电压表、交流电流表和功率表分别测量出元件两端的电压U、流过该元件的电流I和它消耗的功率P，然后通过计算得到。后一种方法称为“三表法”。“三表法”是用来测量50Hz频率交流电路参数的基本方法。 如被测元件是一个电感线圈，则由关系可得其等值参数为同理，如被测元件是一个电容器，可得其等值参数为2．阻抗性质的判别方法。如果被测的不是一个元件，而是一个无源一端口网络，虽然从U,I,P三个量，可得到该网络的等值参数为R＝|Z|cos，X＝|Z|sin，但不能从X的值判断它是等值容抗，还是等值感抗，或者说无法知道阻抗幅角的正负。为此，可采用以下方法进行判断。（1）在被测无源网络端口（入口处）并联一个适当容量的小电容。在一端口网络的端口再并联一个小电容C时，若小电容C＝Zsinr,a，视其总电流的增减来判断。若总电流增加，则为容性；若总电流减小，贝刂为感性。图1（a）中，Z为待测无源网络的阻抗，C为并联的小电容。图1（b）是图1（a）的等效电路，图中G，B为待测无源网络的阻抗Z的电导和电纳，B为并联小电容C的电纳。在端电压有效值不变的条件下，按下面两种情况进行分析：①设B＋B＝B"，若B增大，B"也增大，则电路中电流I单调地增大，故可判断B为容性。②设B＋B＝B"，若B增大，而B"先减小再增大，则电流I也是先减小再增大，如图2所示，则可判断B为感性。由以上分析可见，当B为容性时，对并联小电容的值C无特殊要求；而当B为感性时，B<|2B|才有判定为感性的意义。B>|2B|时,电流单调增大,与B为容性时相同,但并不能说明电路是感性的。因此，B<|2B|是判断电路性质的可靠条件。由此可得定条件为 图1 阻抗与导纳变换示意图图2 负载并联电容后电流变化示意图（2）在被测无源网络的入口串联一个适当容量的电容C。若被测网络的端电压下降，则判为容性电路；反之，若端电压上升，则判为感性电路。判定条件为，式中X为被测网络的电抗，C为串联电容的值。（3）用“三压法”测Φ，进行判断。在原一端口网络入口处串联一个电阻r，如图3(a)所示，向量如图3(b)所示，由图可得r，Z串联后的阻抗角Φ为测得U,Ur,Uz,即可求得Φ