基于单片机的电量检测系统设计方案1绪论自第一个微处理器问世以来，以微处理器为核心构成的计算机以各种各样的形式，无孔不入的渗入到人们的生产、生活、科研等各个领域，为人类带来了渗透到各个领域的“智能”。

微处理器是整个智能仪器仪表的核心，检测电路时微处理器的外围设备，微机通过接口发出各种控制信息给检测电路，以规定功能、启动测量、改变工作方式等。

微机通过查询或检测电路向微机提出的中断请求，使微机及时了解检测电路的工作状态。

当检测电路完成一次测量后，微机读取测量数据，进行了解检测电路的工作状态。

当检测电路完成一次测量后，微机读取测量数据，进行必要的加工、计算、变换等处理，最后以各种方式输出，如送显示器、打印机打印，或送给系统的主控制器等等。

近二十年来，以计算机科学，信息学，生命科学为代表的各门新兴学科的迅猛发展，极大限度的刺激了全球经济的发展，在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。

例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，电能是人们日常生活和工业生产中的重要能源之一，在现代社会中起着越来越重要的作用，而电压、电流是其中最关键的两个因素，是否准确的测量电压、电流对我们的生活和生产有着至关重要的影响，特别是电工和电力系统等领域经常要对交流电量进行采样测试以了解工作电压或整个电网的工作情况。

2 WB系列交流电量传感器2.1 概述WB系列交流电量传感器采用电磁隔离技术和专用厚膜集成电路。

对电网或电路中的交流电流或交流电压进行实时测量，将其变换成跟踪电压暑促（Vg）、直流电压输出（Vz）、直流电压输出（Iz）、频率输出（Fk）。

传感器的输出可以与各型AD转换器配接构成数据采集系统，也可以与传统模式、数字式指示仪表配接，显示被测量之值。

体积小、重量轻、精度高、耗能低，输入电路、输出电路完全隔离，输出信号可以共地，输出形式多样，满足各种使用要求，在0～120%标称输入围，输出信号入输出信号之间保持正比例关系，通聘宽带，可以测量5kHz以的正弦交流电流或交流电压。

结构形式多样，提供直插式、DIN卡装式安装方式，方便各种场合使用等特点。

2.2 WB交流电量传感器的工作原理本系列传感器采用模块化电路结构，如图2-1主要由电流测头1（或电压侧头2）、采样电路3、定标放大器4、装用厚膜集成转化器5、6、7组成。

EVgVzIzFk+E图2-1 电路结构被测电流信号Ix﹝或被测电压信号Ux﹞经电流测头1﹝或电压测头2﹞隔离变换，在二次回路形成高精度毫安级跟踪电流，经采样电路3转换为跟踪电压信号，在经定标放大器4进行放大、定标，形成跟踪电压输出Vg；跟踪电压信号经AC/DC转换器5后，形成直流电压输出Vz。

Vz输出经V/I转换器6后形成直流输出Iz,Vz输出经V/F变换器7后形成频率输出Fk。

只有输出跟踪电压Vg的产品才使用正负电源﹝+E,-E﹞,其他产品才使用单一正电源。

图2-1中电流测头1和电压测头2是本系列产品的关键部件，属于精密互感器系列，承担隔离和线性变换的双重作用，改变电流测头规格或改变电压测头的输入电阻可以改变传感器的测量围。

定标放大器4是一个宽带交流放大器，它产生的电压输出Vg，在波形和相位上快速跟踪输入信号的变化，Vg输出型传感器适用于交流采样系统。

转换器5是配套研发的专用厚膜集成器件，它把交流电压信号变换为直流电压或直流电流输出。

转换原理分为平均值转换和真有效值转换，平均值转换器成本低，适用于标准正弦交流信号转换；真有效值转换器适用于含有多次谐波的交流信号（如三角波、矩形波、梯形波、可控硅调功波等），单成本较高。

转换器5（或转换器6）的“基准波”接地时，他输出0～5V（或0～20mA）；为它们配加以个高稳定的偏置电路，就形成1V～5V（或4mA～20mA）；为它们配加一个高稳定的偏置电路，就形成了1V～5V（4mA～20mA）输出。

2.3 传感器型号及技术指标采用WBV413AS3﹝交流电压传感器﹞和WB1414AS1﹝交流电流传感器﹞对电流和电压进行数据采集。

WBV141AS3技术指标：输入规格：10V～1000VAC输出规格：4mA～20mA响应时间: 250MS负载能力：6V静态功耗：50MW供电电源：+12或+24其他指标：（1）线性围：0～120%标称输入（2）输入频响：25～5K（3）环境条件：0℃～+50℃WB1414AS1技术指标：输入规格：5A～50A输出规格：4mA～20mA精度等级：0.5级响应时间：300ms负载能力：6V静态功耗：800mW供电电源：+12或+24其他指标：（1）线性围：0～120%标称输入（2）输入频响：25Hz～5kHz，特别适合工频至中频（3）环境条件：0℃～+50℃。

3 硬件系统的设计3.1 硬件框图图3-1 硬件框图本设计是AT89C51单片机控制的电量检测系统。

其工作原理是：先由电量传感器采集数据，启动A／D转换，后将数据读入单片机中进行运算并显示，即由数据采集，数据分析和数据处理三部分完成。

本设计中，控制系统的控制器有单片机AT89C51为核心，系统采用WB1414AS1（交流电流传感器）和WBV1414AS3﹝交流电压传感器﹞对电流和电压进行数据采集，并输出标准电流4mA～20mA，WB1414AS1、WBV1414AS3具有新型电磁隔离，高精度变送等优点。

AT89C51单片机控制AD0809进行模数转换，数据经过单片机的运算，输出结果，并把结果在4位8段数码管上显示。

3.2 控制电路的设计3.2.1单片机的选择20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，就通用单片机而言，世界上一些著名的计算机厂家已经投放市场的产品就有50多个系列，数百个品种。

目前世界上较为著名的8位单片机的生产厂家和主要机型如下：美国Intel公司：MCS-51系列和其增强型系列美国Motorola公司：6801系列和6805系列美国Amtel公司:89C51等单片机美国Zilog公司：Z8系列和3870系列美国Fairchild公司：F8系列及SUPER8美国ROCKWELL公司：6500／1系列美国TI（德克萨斯仪器仪表）公司：TMS7000系列NS（美国国家半导体）公司：NS8070系列等等。

尽管单片机的品种很多，但是在我国使用最多还是Intel公司的MCS-51系列单片机和美国Amtel公司的89C51单片机。

MCS-51系列单片机包括三个基本型8031、8051、8751。

8031部包括一个8为CPU、128个字节RAM，21个特殊功能的寄存器（SFR）、4个8位并行I／O口、1个全双工穿行口、2个16位定时器／计数器，但片无程序存储器，需外扩EPROM芯片。

比较麻烦，不予采用。

8051是在8031的基础上，片集成有4KROM，作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。

ROM的程序是公司制作芯片时，代为用户烧纸的，出场的8051都是含有特殊用途的单片机。

所以8051适用用应用在程序已定且批量大的单片机产品中，所以也不采用。

8751是在8031基础上，增加了4K字节的EPROM，它构成了一个程序小于4KB 的小系统。

用户可以将程序固化在EPROM,可以反复修复程序。

但其价格相对8031较贵。

8031外扩一片4KB EPROM就相当于8751，它的最大优点是价格低。

随着大规模集成电路技术的不断发展，能装入片的外围接口。

虽然虽都在不断的改变制造工艺，但核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。

所以不采用89C51单片机是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

89C 51是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。

89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

所以采用此单片机较好。

AT89C51单片机简介主要特征：与MCS-51 兼容；4K字节可编程闪烁存储器；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24MHz；三级程序存储器锁定；128*8位部RAM ；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片振荡器和时钟电路；管脚说明：VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

除了作为一般的I ／O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：表3-1 P3口的替代功能P3口还接受一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校检的控制信号。

RST：复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将单片机复位。

ALE／PROG：当访问外部程序存储器或说句存储器时，ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。