一种三相电压监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种三相电压监测系统及方法，三相电压检测系统包括MCU、电源模块、采样模块和显示模块；所述的电源模块、采样模块和显示模块均与MCU相连；所述的电源模块用于为MCU供电；采样模块包括电压互感器、放大电路和基准电压电路；电压互感器为3个，用于分别获取三相电压信号；放大电路为基于运算放大器的放大电路，基准电压电路为运算放大器提供基准电压，放大电路为3个，分别接3个电压互感器的输出端，3个放大电路的输出端接MCU的3个ADC端口。该三相电压监测系统及方法易于实施。

【技术实现步骤摘要】
一种三相电压监测系统及方法
本专利技术涉及一种三相电压监测系统及方法。
技术介绍
在人类社会进入知识经济时代、信息技术高速发展的背景下，电力仪表及其测量控制技术也已得到日益广泛的应用，给仪器仪表行业的快速发展提供了良好契机。在测量精度上，现有国内产品与外国产品一般相差1个数量级。因此，有必要设计一种三相电压监测系统及方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种三相电压监测系统及方法，该三相电压监测系统及方法易于实施。专利技术的技术解决方案如下：一种三相电压检测系统，包括MCU、电源模块、采样模块和显示模块；所述的电源模块、采样模块和显示模块均与MCU相连；所述的电源模块用于为MCU供电；采样模块包括电压互感器、放大电路和基准电压电路；电压互感器为3个，用于分别获取三相电压信号；放大电路为基于运算放大器的放大电路，基准电压电路为运算放大器提供基准电压，放大电路为3个，分别接3个电压互感器的输出端，3个放大电路的输出端接MCU的3个ADC端口。基准电压电路为运算放大器提供1.1V的基准电压。基准电压电路还包括一个基于运算放大器的电压跟随器。基准电压电路的输出端经电阻R7-R9分别接3个放大电路的运算放大器的反相输入端；3个放大电路的运算放大器的同相输入端分别接3个电压互感器；每一个运算放大器的反相输入端与输出端之间跨接有电阻，3个电阻分别是R10、R11、R12；3个放大电路的运算放大器的输出端分别接MUC的3个ADC端口。R10、R11、R12均为10K欧姆，R7-R9均为10K欧姆，则经过计算，Vo＝2*Vref-Vi，Vo是运放的输出电压，Vi是电压互感器输出的电压信号。显示模块包括LED数码管、控制位选的74hc138译码器、控制段选的74hc595器件和用于驱动LED数码管的三极管；段选是指显示具体数值，位选是指哪一组数码管进行显示。采用三排数码管，第一排数码管显示A相的数据，第二排数码管显示B相的数据，第三排数码管显示C相的数据。74HC595是一个8位串行输入、并行输出的位移缓存器，采用该器件，能显著节约资源。所述的三相电压检测系统还包括报警模块和通信模块。电压高于阈值或低于阈值，则给出声光报警。通信模块为无线通信模块，用于将现场信息发送到远程监控中心或远程终端，如远程监控中心为服务器，远程终端为手机等个人设备，无线通信模块为3G，4G或5G模块。一种三相电压监测方法，采用电压互感器获取三相电压信号，采用放大器对电压信号进行放大；MCU模块中的ACD单元将放大后的信号转换为数字信号，并通过计算获得三相电压数据；采用显示模块显示三相电压数据；采用基准电压电路为放大电路提供基准电压；以提高信号检测精度。采用前述的三相电压检测系统实现三相电压监测。有益效果：本专利技术的三相电压监测系统及方法，是一种基于C8051F410单片机的三相电压监测系统和方法。系统构成分为硬件和软件两个部分，硬件和软件均采用模块化设计思想。系统硬件采用的核心处理器是新华龙公司的C8051F410芯片，该芯片内部集成12位的AD模块，方便系统进行模数转换。硬件部分围绕C8051F410芯片设计了电源模块、信号处理与功能控制模块、显示模块等，分别实现直流稳压电源供电、采样信号预处理与模数转换、数据显示等功能。系统软件主要用C语言编程，使用KeiluSion3编译器进行开发，软件部分包括系统初始化模块、数据采集模块、数据显示模块、中断处理模块等，通过一系列的硬件电路设计和软件程序编写，系统最终能实现对三相交流电压的实时监测。本专利技术易于实施，电路设计简洁，功能丰富，测量精度高，适合推广实施。附图说明图1为系统硬件框图；图2为放大电路原理图；图3为显示板电路图；图4为主流程图；图5为初始化流程图；图6为采样流程图；图7为右向的复用插接件插口朝外的结构示意图；图8为右向的复用插接件插头朝外的结构示意图；图9为调节孔位置示意图；图10为2个复用插接件对接示意图(之一)；图11为复用插接件作为一个旋转单元的结构示意图；图12为倒扣与插筒位置关系示意图；图13为方形的LED模块对接示意图。图14为正六边形的LED模块对接示意图；图15为基于正六边形的LED模块组成的LED模组示意图；图16为基于方形的LED模块组成的LED模组示意图；图17为具有多个LED模组的控制系统框图；图18为LED模组驱动示意图；图19为恒流充电原理图。标号说明：1-固定部，2-活动部，3-转轴，4-插头，5-插口，6-双向插接件，7-导线，8-倒扣，9-本体，10-通孔，11-插筒。14-LED灯，16-第一磁铁，17-第二磁铁，18-第三磁铁。19-调节孔。具体实施方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明：实施例1：如图1～6，美国Cygnal公司的C8051F410单片机便是1款可满足复杂高性能仪器仪表要求的单片机。本系统采用C8051F410单片机作为主控芯片。采样技术本系统采用交流采样技术。交流采样积分算法公式：系统硬件设计方案本系统中硬件电路设计采用模块化设计思想，系统硬件电路主要包括电源电路、信号处理与主控功能电路、显示电路和存储电路等子功能电路。系统硬件总体框图如图1所示。电源模块采用线性电源，使用变压器将220V电压降为10V后经半波整流电路，滤波电路后再经7805三端稳压器件稳压成+5V输出，为系统的主控功能电路、显示电路和其它子电路供电。主控功能模块设计本系统使用的是型号为HKPT31FA的电压互感器，HKPT31FA是一种电流型电压互感器，它实际是初、次级匝比为1:1的电流互感器，使用时需在初级串接限流电阻，输入输出都为mA级电流，输入电压不能直接施加于初级绕组，需串入限流电阻将电压信号转换为mA级电流，次级输出的mA级电流信号并联一个电阻或I/V转换电路将电流信号在转换成电压信号，次级电路不允许开路使用，HKPT31FA电压互感器的输入额定电压为1000V。主控功能模块主要是将A、B、C三相的电压信号经一系列变化和处理后送入单片机进行交流采样。以A相为例，A相的大交流信号经电压互感器后转换成交流小信号输出，因为HKPT31FA电压互感器是一个电流型的电压互感器，输出信号为电流信号，而系统需要测量的是电压信号，设计时需在电压互感器的输出端接100欧电阻将电流信号转变为电压信号。由于交流信号的输出波形为正弦波，一个周期内的电压值有正有负，为方便软件的计算，在硬件设计时采用放大电路将信号放大，即将信号进行抬高放大，使信号波形分布在零点上方，使在软件计算时避免出现负值运算，放大电路的放大倍数为2倍。经运放输出的交流电压信号再经过保护电路、滤波电路后直接输送到单片机内部的AD通道。为方便数据的采样计算，系统硬件设计时还引入了直流电压VREF，VREF为单片机内输出的基准电压(直流电压2.2V)，基准电压VREF经电阻分压电路分压成1.1V，为增强此直流电压的稳定性，在其后设计了一个电压跟随电路，经电压跟随电路后的直流信号与经运放后的A相交流电压信号一同进入单片机的P1.0口，然后由该芯片内部的ADC进行模数转换和采样计算。B、C相信号的处理和输送过程与A相相同，分别送入到单片机的P1.1和P1.3管脚，这样就实现了对A、B、C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相电压检测系统，其特征在于，包括MCU、电源模块、采样模块和显示模块；所述的电源模块、采样模块和显示模块均与MCU相连；所述的电源模块用于为MCU供电；采样模块包括电压互感器、放大电路和基准电压电路；电压互感器为3个，用于分别获取三相电压信号；放大电路为基于运算放大器的放大电路，基准电压电路为运算放大器提供基准电压，放大电路为3个，分别接3个电压互感器的输出端，3个放大电路的输出端接MCU的3个ADC端口。

【技术特征摘要】
1.一种三相电压检测系统，其特征在于，包括MCU、电源模块、采样模块和显示模块；所述的电源模块、采样模块和显示模块均与MCU相连；所述的电源模块用于为MCU供电；采样模块包括电压互感器、放大电路和基准电压电路；电压互感器为3个，用于分别获取三相电压信号；放大电路为基于运算放大器的放大电路，基准电压电路为运算放大器提供基准电压，放大电路为3个，分别接3个电压互感器的输出端，3个放大电路的输出端接MCU的3个ADC端口。2.根据权利要求1所述的三相电压检测系统，其特征在于，基准电压电路为运算放大器提供1.1V的基准电压。3.根据权利要求2所述的三相电压检测系统，其特征在于，基准电压电路还包括一个基于运算放大器的电压跟随器。4.根据权利要求1所述的三相电压检测系统，其特征在于，基准电压电路的输出端经电阻R7-R9分别接3个放大电路的运算放大器的反相输入端；3个放大电路的运算放大器的同相输入端分别接3个电压互感器；每一个运算放大器的反相输入端与输出端之间跨接有电阻，3个电阻分别是R10、R11、R12；3个放大电路的运算放大器的输出端分别接MUC的3个ADC端口。5.根据权利要求4所述的三相电压检测系统，其特征在于，显示模块包括LED数码管、控制位选的74hc138译码器、控制段选的74hc595器件和用于驱动LED数码管的三极管；采用三排数码管，第一排数码管显示A相的数据，第二排数码管显示B相的数据，第三排数码管显示C相的数据。6.根据权利要求1-5任一项所述的三相电压检测系统，其特征在于，还包括报警模块和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王路露，张竹娴，夏旭，周晓霞，王丽丽，杨丞，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43