一种基于单片机电压采样的功率因数在线检测

文章摘要：本文作者创新点：通过对被测电路电压采样，并经过计算即可得到被测电路的功率因数，简化了功率因数测量电路结构，提高了功率因数的测量精度。克服了传统的功率因数测量时需要对电压、电流进行检测，再经过电压、电流波形变换得到电压、电流的相位差，最后才能得到被测电路的功率因数复杂过程。参考文献 [1]刘新平，李军 . 单片机在电机功率因数测量中的应用 [J].计算机工程与设计.2007，(2):400-401. [2]张健雄，苏宏英，郑文争 .基于电能计量芯片的功率因数测量仪器[J].电气应用 2006,(4):76-78. [3]邱关源主编，电路（第四版） [M].北京：高等教育出版社，1999. [4]

一种基于单片机电压采样的功率因数在线检测,标签：单片机开发,单片机原理,http://www.88dzw.com
本文作者创新点：通过对被测电路电压采样，并经过计算即可得到被测电路的功率因数，简化了功率因数测量电路结构，提高了功率因数的测量精度。克服了传统的功率因数测量时需要对电压、电流进行检测，再经过电压、电流波形变换得到电压、电流的相位差，最后才能得到被测电路的功率因数复杂过程。

参考文献
[1]刘新平，李军 . 单片机在电机功率因数测量中的应用 [J].计算机工程与设计.2007，(2):400-401.
[2]张健雄，苏宏英，郑文争 .基于电能计量芯片的功率因数测量仪器[J].电气应用 2006,(4):76-78.
[3]邱关源主编，电路（第四版） [M].北京：高等教育出版社，1999.
[4]段大鹏，江秀臣，孙才新等 .正交分解的介质损耗因数数字测量算法 [J].中国电机工程学报,2008,28(7):127-133.
[5]贺安坤，张京武，陈明 . 基于 RS-485变频器与 PC机串行通信的实现[J].微计算机信息， 2007，10-1： 98-99.
[6]曹月. 基于 PIC16F877单片机的甲烷传感器设计 [J].中国科技信息， 2008（8）:128-129.

www.88dzw.com电压传感器完成对电压的检测，其中 1-3端用于检测电源电压 U1、1-2端用于检测附加电阻电压 U2、2-3端用于检测负载电压 U3。
单片机选用 PIC16F877单片机，该芯片是目前集成外围设备模块最多、功能最强的单片机系列之一 [4]。该单片机芯片带有 8通道、10位分辨率的数模转换器 ADC模块，并具有 4K的 FLASH程序存储器。RA端口是一个只有 6个引脚的双向 I/O端口，它在基本输入/输出功能的基础上复合了 A/D转换器功能，通过端口方向控制器可定义端口引脚为输入或输出。RB、RC分别为具有 8个引脚的输入/输出可编程接口，每个I/O口能提供或吸收 20mA的电流，能直接驱动发光二极管和固态继电器，并有看门狗电路。具有外部电路结构简单，使用方便，性能可靠的特点。功率因数由单片机直接输出通过 4位红色高亮度数码管，对功率因数进行显示，显示精度达到0.001。
3个检测电压经输入接口 RA的 RA0、RA1、RA2管脚输入给单片机，首先经 A/D转换器将功率因数转换成数字信号并进行保存，并将经转换后的数据经 RC和 RB接口进行实时显示。另外还可经过串行接口与监控系统实现通信，及时将线路的功率因数传送给监控系统。目前常用的串行通信有两种 [5]，一种为 RS-232串行通信，另一种为 RS-485串行通信。但由于 PIC16F877单片机串行输入、输出接口均为 TTL或 CMOS电平，而监控系统的 PC机通常为 RS-232规范的外部总线标准串行接口，并采用负逻辑，因而 PIC16F877单片机的串行输入、输出接口电平不匹配，需要进行转换，这里采用 MAX232芯片来实现电平转换的功能。MAX232芯片的外围电路简单，只需外接 4个 0.1μF电容即可。
4．软件设计[6]
 软件主要任务是完成 A/D转换、数据的运算、显示和通信等，为方便起见，软件编写时采用模块结构，主程序主要包括程序初始化、调用子程序、显示等。 
 

(1)A/D转换子程序
该子程序主要是选择 A/D输入通道、选择 A/D转换时钟；设置 A/D中断，开放相应的中断使能位；等待所需要的采样时间；启动A/D；等待 A/D完成；读取 A/D转换结果，并存入指定的存储单元。
（2） 数字滤波子程序
为避免在工业现场产生的干扰噪声对功率因数测量造成误差，在软件设计时增加了数字滤波。通常数字滤波方法有多种，这里采用了中值滤波法。即对电压 U1、U2、U3连续采样 5次，然后将这些采样值进行排序并选取中间值。这种滤波方法对滤除脉冲性质的干扰比较有效。
（3）运算子程序
首先将经过数字滤波后的电压 U1、U2、U3读入，然后通过乘法指令完成平方运算，得到U12 、U22 、U32 ，再经减法运算、乘法和除法运算最后得到

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