系统设计方案分析

   设计要求对单相电的电参数进行测量， X9015US8IZ这些参数中电压和电流为基本量，其他参数是导出量。任务中，待测O—500 V的交流电压、O～50 A的交流电流均已相应地转换为0~5 V的等效交流电压，其中等效电流信号是等效电压信号经过等幅移相网络得到的。基于此前提，本设计需要测得等效电压（电流）信号的真有效值、等效电压信号基波的真有效值和电压、电流两路信号的相位差，再按照工频信号有功功率、无功功率、和功率因数等定义计算出各物理量。

因此，完成基本要求应主要解决以下两个关键问题：一是真有效值转换，其中包括等效电压和等效电流信号的真有效值的转换；二是电压信号、电流信号相位差的测量。另外，为完成提高部分要求中测量电压基波和总谐波的有效值，需测量等效电压信号基波的真有效值。由总谐波、基波和失真信号有效值之间的关系式，可计算出总谐波有效值。因此，此部分的关键问题是如何从失真信号中获得工频信号的基波。

     相位差的测量可采用等精度的测量方法进行测量。50 Hz基波的获得可采用多阶的低通滤波器来实现，具体实现方法可采用分立器件来实现，也可能用专用滤波嚣来实现。

   真有效值转换常见的方法有热电耦变换法、采用计算法、模拟直接运算转换法和单片集成有效值转换器件法等。其中，采样计算法和单片集成有效值转换器件法是最常用的方法。采样计算法通过对周期信号进行快速采样获得多个离散值，再利用单片机的运算功能进行相关运算得到真有效值。采用采样计算法的系统设计方案如图4. 47所示。为了保持采样间隔随信号频率的波动而变化，即把一个周期等时间间隔采样变为等相位采样，可采用锁相环电路，利用锁相环把信号进行64倍频，从而在需要采集信号的一个周期内产生64个脉冲，利用此脉冲信号作为单片机的外部中断信号，快速启动A/D转换器进行转换，实现数据采样。

    图4. 47采用采样计算法的系统设计方案

    而单片集成有效值转换器件法是利用专用芯片实现交流信号的真有效值转换，输出直流信号，A/D转换器可直接对其进行采样。该方案的软件设计相对简单些，其系统设计方案如图4. 48所示。