基于AVR单片机控制的通用便携光功率计设计

基于单片机的功率计的研究与设计一、引言随着电力系统的发展和智能化需求的增加，功率计在电力领域中扮演着日益重要的角色。

功率计是用来测量电功率和电能的仪器，广泛应用于各种电气设备的性能测试和电能计量。

随着单片机技术的不断进步，基于单片机的功率计成为研究的热点之一。

本文将围绕基于单片机的功率计的研究与设计展开探讨，主要内容包括功率计的原理、基于单片机的功率计的设计与实现等方面。

二、功率计原理功率计是用来测量电功率和电能的仪器，主要用于测量交流电路中的有功功率、无功功率、视在功率以及功率因数等参数。

功率计主要由电压(电流)传感器、采样电路、信号处理电路和显示器等部分组成。

1. 电压(电流)传感器电压(电流)传感器是功率计中非常关键的元件，它用于将被测电路中的电压(电流)信号转换成对应的电压信号。

常用的电压传感器有互感式和霍尔式两种，其工作原理分别是基于电感和霍尔效应。

电流传感器同样有电阻式和互感式两种，其工作原理是通过感应电流产生对应的电压信号。

2. 采样电路采样电路主要用于将被测电路中的电压(电流)信号进行采样处理，得到对应的数字信号。

采样电路常采用模拟-数字转换芯片(ADC)进行采样和转换，将模拟信号转换成数字信号。

3. 信号处理电路信号处理电路负责对采样得到的数字信号进行处理，包括计算有功功率、无功功率、视在功率以及功率因数等参数。

通过运算放大器、滤波器和微处理器实现信号的处理和计算。

4. 显示器显示器用来将计算得到的功率参数进行显示，包括LED数码管、液晶屏等。

基于单片机的功率计是近年来的研究热点之一，其主要优点是结构简单、体积小、成本低等。

下面将介绍一种基于单片机的功率计的设计与实现方案。

首先需要选型合适的电压(电流)传感器，需要考虑测量范围、输出方式、准确度等因素。

常用的传感器有互感式电流传感器、霍尔式电流传感器等，选用合适的传感器可以确保测量结果的准确性。

采样电路主要包括模拟-数字转换芯片(ADC)、采样保持电路。

摘要本文首先对光功率计的组成原理进行了详细的分析，查阅大量资料并比较国内外产品的性能和价格，然后根据生产的实际需要进行低成本研发工作。

在能满足生产的的要求基础上进行总体的设计规划，并给出各个电路的设计和说明，包括光探测器的选择、放大滤波电路的设计、A／D转换、单片机控制、外围电路的设计、液晶显示电路、按键电路等设计。

在选择芯片方面，我们尽量做到IC 集成化，因为集成IC的整体功能更加稳定而且价格相对来说也比较便宜．最后是对系统的各个模块的软件进行编写，我们摒弃用汇编语言开发下位机程序，而改用C语言，这样使得开发效率更高和程序的可读性更强。

其中有下位机MCU 自身的初始化，下位机MCU与外围芯片的通信，下位机与上位机的通信，上位机程序的书写等。

关键词：单片机，智能仪表，光功率计abstractThis paper first light to the composition of the power meter principle of a detailed analysis, consulting a large number of material and the comparison of domestic and foreign products performance and price, and then based on the actual need of the production of the low cost research and development work. In satisfy the production based on the requirements of the overall design planning, and give each circuit design and shows, including the choice of light detectors, amplify filter circuit design, A/D conversion and single-chip microcomputer control, peripheral circuit design, liquid crystal display circuit, key circuit design. In the choice of chips, we try to do IC integration, because the integrated function of the integrated IC more stable and the price is relatively cheap. The last of the system is different models of the software to write, we abandoned in assembly language development a program under the machine, to C language, this makes the efficiency of development in higher and the program more readable. Among them are a machine itself under the initialization of MCU, a machine and peripheral communications chip MCU, superordination machine communication, PC program of writing, etc.Key words: a single-chip microcomputer, intelligent instrument, light power meter1 绪论近年来，光纤通信已成为通信领域发展中的最前沿，它不仅在军用，而且在民用通信中也得到广泛应用。

基于单片机的功率计的研究与设计随着电力行业的快速发展和智能化的不断提升，功率计作为电力系统中重要的测量仪器，也越来越受到广泛的关注和应用。

传统的功率计多采用机械测量方式，既不方便，也准确度较低，且无法实现数字化处理，难以满足现代电力系统对于检测需要的要求，这时候单片机的应用就得到了广泛的推广和发展。

本文将重点介绍基于单片机的功率计的研究与设计。

一、研究的目的及意义随着电力系统的不断发展，人们对于能源的管理越来越关注。

而有效控制电能的消耗，就需要对电能进行检测。

而功率计作为电能检测的一种重要的测量仪器，在企业、学校、家庭甚至广大工业领域得到了广泛的应用。

而传统的功率计具有体积大、准确度低、操作不方便等缺点，为此，基于单片机的功率计成为了一种新的解决方案。

基于单片机的功率计采用数字化检测方法，具有测量准确、体积小、操作方便、可靠性好等优点，尤其是数字化处理与数据传输方便，增加了功率计的功能，并能够为现代电力系统的管理与保护提供有力的技术支持。

因此，本文研究基于单片机的功率计的设计与研究，为电力系统的管理提供新的思路和方法。

基于单片机的功率计主要由采集电路、处理电路、显示电路和输出电路四个部分组成。

采集电路主要由电流传感器和电压传感器构成，用于对电路中的电流和电压进行采样和处理，将采集到的数据发送到处理电路。

处理电路主要由单片机、隔离电路和A/D转换芯片构成。

A/D转换芯片用于将模拟信号转换成数字信号，单片机用于收集和处理数字信号。

隔离电路用于保护单片机和电路之间的隔离，保证信号的精度和稳定性。

显示电路主要由显示屏和显示控制电路构成，用于显示功率、电压和电流等数据信息。

输出电路主要由继电器和输出信号电路构成，通过继电器实现对负载的控制，将计算得到的功率通过输出信号电路发送到外部，完成对负载的控制和管理。

基于单片机的功率计广泛应用于工业控制、家庭电器、智能家居等领域。

例如，可以用于监测电热水锅炉的电流和电压，实时计算电能使用情况，提供精准的用电数据；也可以用于家庭中的智能插座，实现对插座的控制和管理，安全、便捷、智能。

基于单片机的数字功率计的设计作者：魏金灵来源：《科学与财富》2016年第19期摘要：第三次产业革命以来，科学技术迅猛发展，伴随着科技的发展，人民生活水平显著提高。

从而导致生产生活中的用电量在大幅提升，能源供给矛盾突出。

所以在生活中及时准确的掌握设备的用电量更加利于我们节约能源。

本系统主要有主控电路和功率计量电路两部分组成。

主控电路的任务是完成功率计算、电量累计、按键监测、显示以及实时时钟等操作，采用宏晶科技的STC12C5A60S2芯片，功率计量电路采用的是ADE7755，是美国AD公司推出的高精度电能测量集成芯片。

软件部分，主要采用C语言编程，使程序模块化，更方便系统管理。

关键词：ADE7755 ；STC12C5A60S2芯片；功率一、引言在某种意义上讲，能源就是人类活动的基本性物质基础，触及到人类生产生活的方方面面。

人类的文明发展史就是一部能源的变迁史。

在当今世界，我们所使用的各种能源，大部分来源于不可再生的化石能源。

现如今，能源与环境突出的矛盾是全世界、全人类共同关心的问题。

我国人口众多，资源相对拥有量低，加上最近三十年的快速发展，能源问题更加突出。

由于现代电子技术逐渐趋于成熟，各种电子元器件的性能参数也越来越完善。

基于单片机控制的各种电子数字化测量仪器相比于传统的仪器仪表表现出更多的优势。

现如今，DSM功率电能测量技术也得到了深入的研究并被普遍采用，因此全面、系统地研究DSM的原理误差和仪器误差就显得非常重要。

二、系统方案确定1、系统基本原理本设计的功率计通过采集用电设备的电压和电流数值来换算设备的功率，主要由以下6个部分组成，分别是电压采集模块、电流采集模块、主控模块、显示模块、人机互动模块、电源模块。

功率计测量的电源为交流电源，电压的幅值是瞬间变化的，控制器对于这种瞬间变化的功率的统计是存在难度的，所以在功率的测量中采用电能计量芯片来完成，即简化了工作量又保证了测量的精度。

由电能计量芯片完成功率的测量后再输出给单片机，单片机通过算法换算之后，得到功率的数值并显示在液晶显示器上。

摘要近年来随着计算机在社会各领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用。

本论文详细的阐述了功率测量系统的设计思路和具体设计步骤。

以单片机为核心，着重的介绍了52单片机在系统中的重要地位，以及其外围硬件电路的芯片结构特点、功能和管脚知识。

集测量、显示等功能于一体，设计完整、结构清晰、操作简单。

在本设计中，是采用对电路中电压和电流分别进行采样，再经模数转换器MAX197，将模拟量变为对应的数字量，用液晶显示器显示电压和功率。

本文详细论述了硬件电路的组成。

利用单片机完成整个测量电路的测试控制、数据处理和显示输出。

关键词：单片机，模数转换，功率表，采样，LCD液晶显示器ABSTRACTRecent years, with the penetration of computers in the social sphere, SCM applications are continually deepening.In real-time detection and automatic control of microcomputer application system, the microcontroller is often used as a core component.This paper describes in detail the power measurement system design and detailed design steps.The MCU as the core, focusing on the introduction of the 52 SCM in an important position in the system and its peripheral hardware circuit chip structural features, function and pin knowledge.Set of measurement, display and other functions, design integrity, a clear structure, easy operation.In this design, is the use of circuit voltage and current were sampled, and then the MAX197, the analog content into a corresponding number, using 6-one digital display voltage and power.This article discusses in detail the composition of the hardware circuit.MCU to complete the measurement circuit using the test control, data processing and display output.KEY WORDS：A single-chip microcomputer, modulus conversion, power list, sampling, LCD monitor目录第1章绪论 (1)1.1 研究概述 (1)1.2 设计背景 (1)1.3 设计的意义 (2)1.4 设计要求与目的 (2)第2章系统设计方案选择和论证 (4)2.1 基本方案的选择和论证 (4)2.2 总体方案论证 (8)2.3 本章小结 (9)第3章系统硬件电路设计 (10)3.1 单片机电路测试系统的分析： (10)3.2 电压电流的取样电路 (14)3.3 A/D转化模块 (16)3.4 显示模块的设计 (19)3.5 MAX232芯片简介 (25)3.6 5v电源的设计 (27)3.7 键盘接口的分析 (27)3.8 本章小结 (28)第4章系统软件程序设计 (29)4.1 程序设计 (29)4.2 本章小结 (42)第5章调试过程 (43)5.1调试 (43)5.2 系统结果验证 (43)第六章总结 (44)致谢 (45)参考文献 (46)附录A 汇编源程序 (47)附录B 系统原理图 (51)前言近年来，随着电子技术、计算机技术和半导体技术的飞度发展，给电力系统测量也带来了巨大的革命。

基于单片机的功率计的研究与设计1. 引言1.1 研究背景随着电力系统的不断发展和变化，对电能质量和功率的监测需求越来越大。

而传统的功率计往往复杂且成本高昂，不能满足实际需求。

基于单片机的功率计成为了一种新的解决方案。

研究基于单片机的功率计，不仅可以满足电力系统监测的实际需求，还可以探索新的技术应用和发展方向。

本研究将深入探讨单片机在功率计中的应用，并结合硬件设计和软件设计，提出一种新的功率计方案。

希望通过本研究，能够为电力系统监测技术的发展做出一定的贡献。

1.2 研究意义功率计是电力系统中重要的测量设备，能够准确测量电路中的功率消耗情况，为电力系统的稳定运行提供支持。

基于单片机的功率计具有体积小、成本低、精度高等优点，因此具有广泛的应用前景。

通过研究基于单片机的功率计，可以提高功率计的测量精度，降低成本，提高可靠性，满足不同应用场景的需求。

此外，研究基于单片机的功率计还可以促进单片机在电力系统中的应用，推动电力系统的智能化发展，提高能源利用效率。

因此，基于单片机的功率计的研究具有重要的意义，对于提升电力系统性能，推动能源行业的发展具有积极的推动作用。

1.3 研究目的研究目的是为了设计一款基于单片机的功率计，实现对电路中功率的精确测量和监控。

通过对功率计的工作原理进行深入研究，结合单片机在功率计中的应用，设计出高效、精准的硬件和软件方案。

研究的目的还包括验证设计的可靠性和准确性，在系统测试中对功率计进行充分的验证和优化，确保其满足实际需求。

通过本研究，旨在为电路设计和电能监控领域提供一种新的解决方案，提高功率测量的准确性和可靠性，为实现智能电力系统和能源管理系统提供技术支持。

通过深入探讨单片机在功率计中的应用及其发展趋势，为未来相关研究和应用提供参考和借鉴。

2. 正文2.1 单片机在功率计中的应用单片机在功率计中的应用非常广泛。

单片机能够通过AD采集电压电流信号，并进行数据处理，从而计算出电力信息。

基于单片机的功率计的研究与设计随着能源消费的不断增加，能源管理愈发重要，其中电量测量是实现能源管理的一个重要环节。

因此，本文研究了一种基于单片机的功率计的设计方案。

一、设计思路本文设计的功率计主要由电压采集电路、电流采集电路、单片机控制电路、显示电路、以及供电电路等多个部分组成。

其中，电压采集电路和电流采集电路分别对电路信号进行采集，通过单片机控制电路进行处理，最后通过显示电路显示出来。

二、电压采集电路设计电压采集电路主要由降压变压器、电压传感器和运算放大器三部分组成。

其中，降压变压器将交流电降压至可接受的范围，然后通过电压传感器将电路信号转换为电信号，最后通过运算放大器将电信号放大到合适的范围。

四、单片机控制电路设计五、显示电路设计显示电路主要由液晶显示模块、驱动芯片以及对应的支持电路等部分组成。

其中，液晶显示模块通过驱动芯片进行控制，然后通过对应的支持电路将数据传递给驱动芯片进行显示。

供电电路主要由稳压器、滤波电容及电源开关等部分组成。

其中，稳压器可以将输入的电压转换为稳定的工作电压，滤波电容可以在输入阶段消除输入信号中的高频干扰，电源开关可以实现对电路开关的控制。

七、总体设计流程根据上述部分，我们可以得到功率计的总体设计流程。

首先进行的是设计整个系统的电路原理图，在电路原理图的基础上进行PCB电路板的设计，最后进行元件的焊接，完成整个功率计的组装。

八、功能测试经过组装后，需要进行一定的测试。

测试主要包括电压测量、电流测量、功率计算以及数据反馈等功能。

其中，数据反馈是将测试结果通过显示电路显示出来，供用户查看。

九、结论本文研究了一种基于单片机的功率计的设计方案，结合电路原理图、PCB电路板设计、元件焊接等多项工作完成了整个功率计的组装。

测试结果表明，功率计的电压测量、电流测量、功率计算以及数据反馈等功能都实现良好，是一款可靠的功率测量设备。

一种通用光功率计的实现原理
徐波
【期刊名称】《电子质量》
【年(卷),期】2006(000)005
【摘要】本文以光功率计的工作原理为基础,简要的分析了一种通用光功率计的实现原理.
【总页数】5页(P3-7)
【作者】徐波
【作者单位】中国电子科技集团公司第41研究所,蚌埠,233006
【正文语种】中文
【中图分类】TH74
【相关文献】
1.通用管理信息系统的具体实现原理及技术 [J], 肖午光;吴锡琪
2.基于AVR单片机控制的通用便携光功率计设计 [J], 邓得力
3.电子产品通用生产测试系统实现原理 [J], 李登希
4.基于AVR单片机控制的通用便携光功率计设计 [J], 邓得力;
5.电子产品通用生产测试系统实现原理 [J], 李登希
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基于51单片机的光功率计的设计郭子剑;郭丽【摘要】通过光电传感器将待测光信号变化转变为模拟信号，对模拟信号进行AD处理分析得到光信号的参数特性并在51单片机上通过串口通讯输出。

%The optical signal is converted into the analog signal by the photoelectric sensor. The analog filter is used to remove noises. The CS5550 chip converts the analog signal into digital signal. MCS-51 makes some revisions to the digital data and analysis before sending them to UART.【期刊名称】《山西电子技术》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】4页(P26-28,34)【关键词】光功率计;AD转换;单片机【作者】郭子剑;郭丽【作者单位】中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院,北京100083;中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TM933.31 背景概述1.1 光功率定义光功率是光在单位时间内所做的功。

光功率常用单位是毫瓦(mW)和分贝(dB)，其中两者关系为1mW=0dB，而小于1mW的分贝为负值。

例如，在光纤收发器或交换机说明书中，有其产品的发光和接收光功率，通常发光小于0dB。

接收端所能够接收的最小光功率称为灵敏度，能接收的最大光功率减去灵敏度的值称为动态范围，发光功率减去接收灵敏度是允许光纤损耗值。

1.2 使用分贝做单位主要有两个好处(1)数值较小，便于记录。

电路放大倍数通常数量级较大，有些大型电路甚至达到万级以上。

用分贝表示时，先转化为对数，数值较小，便于记录。

(2)运算方便。

基于虚拟仪器AVR单片机的功率测试系统的研发袁虎成;吕凤玉;贺成柱【摘要】对农业机械田间作业功耗测试方法进行了研究。

为得到不同工作载荷下的功耗，开发了一套结构紧凑、成本低、可置于农机驾驶室的功率测试系统。

硬件上，采用高精度扭矩转速传感器作为前端采集设备， AT90CAN128嵌入式单片机系统作为信号采集器，通过9芯串口上传数据并存储在工业平板电脑中。

软件上，以符合ANSI标准的C语言开发工具ICCAVR编写信号采集器程序，用LabWindows/CVI开发上位机通信与数据处理程序，形成一套完整的多点功率实时测试系统。

经测试表明，系统可靠性高，可广泛应用于农业机械中。

%The test methods of power consumption in field operations of agricultural machinery are studied. In order to measure the power consumption under different operating load,a compact,low cost power testing system is developed,which can be placed in the cab of agricultural machinery. Forthe hardware,the high precision torque and speed sensor is used as the front end collection device,the embedded microcontroller systemAT90CAN128 is used as the signal acquisition unit;the data are uploaded and stored into industrial tablet through 9-core serial port. For the software, the signal acquisition program is written with C language developing tool ICCAVR that conforms ANSI standard, The communication and data processing programs in host computer is developed using LabWindows/CVI; thus the integral real time testing system for multiple points of power is formed. The test shows that the system is highly reliable and can be widely used in agricultural machinery.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2016(037)005【总页数】4页(P64-66,70)【关键词】虚拟仪器;嵌入式单片机;C编译器;数据采集器;扭矩传感器;功率测试;串口通信;LabVIEW;PLC【作者】袁虎成;吕凤玉;贺成柱【作者单位】甘肃省机械科学研究院，甘肃兰州730030;甘肃省机械科学研究院，甘肃兰州 730030;甘肃省机械科学研究院，甘肃兰州 730030【正文语种】中文【中图分类】TH-3;TP27目前，农业机械作为典型的机电液一体化产品，具有专业化程度和智能化程度高等特点，产品设计开发前重要参数的确定将直接影响产品性能的好坏。