[发明专利]微机多功能动态电量变送器

说明书

本发明属电量测量和计算机应用领域。

变送器是把某种形式的电量变换成与之成线性关系的直流电压或直流电流的装置。例如，功率变送器，可用来测量单相或三相有功或无功功率，并将功率量变换成一个直流电压或直流电流信号，以满足测量的需要或作为控制系统的信号源。

目前使用的模拟式变送器一般包括这几部分：信号输入、整流、滤波、处理、输出，每一部分的功能都用硬件实现，所用元件较多，结构复杂，为了不使整个变送器结构过于复杂，每个变送器只能变送一种电量。为了保证精度，采用了较复杂的滤波和补偿措施，使装置的时间常数增大，只适合量测静态量。这类装置成本较高，功能价格比较低，例如，日本横滨公司产的2285型有功功率变送器，只能变送有功功率，时间常数大约一百毫秒，每个售价320.18美元。

本发明的目的是采用最新的计算机技术，研制新型的、性能优越、能适应现代控制要求的动态变送器，用这种动态变送器，可变送多种电量，而且采用动态测量，缩短时间常数，提高变测精度，并采用计算机技术，使仪器结构简单，降低成本。

本发明的内容是利用集成度高、运算速度快、稳定性强、抗干扰能力强的MCS-96单片机进行信号处理，与信号输入，信号输出系统和信号显示系统相结合，组成多功能动态电变量变送器。

附图说明：

图1    变送器原理框图

图2    信号输入系统框图

图3    信号输出系统框图

图4    信号显示系统框图

下面结合附图详细介绍发明内容。

图1是变送器原理框图。它由信号输入系统，MSC-96单片机、信号输出系统以及信号显示系统等组成。图2是信号输入系统框图，整个系统由电压互感器（P.T）、电流互感器（C.T）、滤波、采样、多路开关、模数转换器、光耦等部分组成。由于要测量电压、电流、功率等，所以要同时输入交流电压量和交流电流量。电压量和电流量分别经P.T和C.T变成模数转换器允许的输入范围（±10V）的交流量，以便模数转换器把模拟量转化为数字量。为了减小时间常数，滤波环节采用并联无感电容。由于该装置采取直接对交流信号进行采样的方是，所以需要采样环节对交流信号的瞬时值进行捕捉并保持，以提高模数转换的精度，为了节省模数转换器，用多路开关切换采样信号，模数转换环节把模拟量转换成相应的数字量，并送给单片机进行处理。光耦环节是为了提高单片机的抗干扰性能。本变送器的核心是MCS-96单片机，目的是充分利用计算机的智能作用，对输入的信号进行处理，得到需要测量的各个电量的数字值。图3是信号输出系统框图，它由光耦、数模转换、多路开关和保持器等部分组成。光耦环节仍是起隔离作用，使其免受外界的干扰。数模转换环节把单片机输出的数字量转化为对应的模拟量，数字量与模拟量之间成线性关系。为了节省数模转换器，采用多路开关，切换不同的输出模拟量。保持环节使输出的每个模拟量具有连续性。为了使变送器的数据具有直观性，本变送器配备了数码显示管，可以随时显示用户要求的电量值，其原理如图4所示。它由显示接口、驱动和数码管等环节组成。显示接口环节的核心部分是一个可编程显示控制器，它接受来自单片机的命令后，便可单独管理数码管，这样就不过多地占用单片机的时间。驱动环节是使数码管能够正常发光，保持足够的亮度。

数码管环节配置了多个七段带小数点的数码管，能够显示0～9之间的十个数字以及不同位置上的小数点。

为了便于以后的扩展，考虑到可能要与其它的计算机通讯，设置了一个串行输出口，MCS-96单片机内部有一个串行通讯口，可以用软件方便地进行管理，本装置的串行口即用的是MCS-96单片机内部的串行口。

下面详细介绍MCS-96单片机的数据处理过程。电压量的获得，采用均方根算法。这种方法只要求信号是周期性的，而不要求是准确的正弦波，即：