一种用8031控制的BDJ-3A三相功率电能表设计

一、简介

8031单片机以其可靠性高、体积小、价格低、功能全等优点，广泛地应用于各种智能仪器中，这些智能仪器的操作在进行仪器校核以及测量过程的控制中，达到了自动化，传统仪器面板上的开关和旋钮被键盘所代替，测试人员在测量时只需按需要的键，省掉很多烦琐的人工调节，智能仪器通常能自动选择量程，自动校准。有的还能自动调整测试点，这样不仅方便了操作，又提高了测试精度。

BDJ-3A三相标准功率电能表就是一种为了满足高精度功率，电能测量而设计的新型智能化仪表，仪表由功率——频率转换部分和专用微型计算机部分组成，功率——频率转换部分采用了电流自平衡原理的时分割乘法器和电流频率变换器。具有精度高，线范围宽，功率因素特性好，满度和零点稳定等优点，计算机部分由 8031单片机等芯片组成，由它控制仪表数字部分的工作，进行误差运算，计数显示和实现智能化功能、仪表结构合理、集成度高、稳定可靠，外表亲轻巧美观，即适合于实验室使用，又可携带现场检测和校验。

二、技 术 指 标

1.电压量程Un 3*100V(可扩展200V/400V)
2.电流量程In 3*5(可扩展0.2/1A/10A/20A)
3.测量频率范围 45—65HZ 频率变化影响 45—65HZ范围内<0.05%
4.输入电压范围 0.9—1.1Un 电压变化影响 0.9—1.1Un范围内<0.05%
5.输入电流范围 0.05—1.1In 输入阻抗：Ri Un/Ri、100V/50KΩ、200V/100 KΩ、400V/200 KΩ In/Ri、1A/0.2Ω、5A/0.1Ω、10A/0.05Ω、20A/0.025Ω
6.三相额定功率下的输入脉冲频率(5V矩形波) FH=30KZ FL=3HZ
7.温度影响：10—30℃范围内<0.05%℃ 标准环境：温度20&;#177;2℃，相对湿度不大于80%
8.工作电源：220V&;#177;10%，50HZ
9.外观：体积400*280*99mm∧3、重量约8KG
10.基本误差。

三.工 作 原 理

在BDJ-3A中，8031与2764程序块合用扩展为8K程序存储系统，其线路图。因8031芯片内没有程序存储器，因此它在应用中与程序块2764连用。8031P0口外接一个地址锁存器 ，8031访问外部程序存储器时，低8位地址由P0输出，并由ALE信号(-П-)锁存到地址锁存器中，地址锁存器输出地址信息AB 0∽7 接到2764的地址线A0∽A7上，P2口输出地址信息高8位，P2.0∽4输A21∽25，接到2764的A22∽25，P24∽27，AB12∽15 接址直译码器，译出选择线0∽N分别连续接到2764的CE(0)、 CE(N)8031的外部程序存储器 ;选通信号线PSEN接2764(0)2764(N)的数据允许输出端OF。

8031的P0连接到 址锁存器的输入端和2764的数据线D0D7上，8031通过十六位的地址线能对外部64K字节程序存储器 和64K字节的数据存储器寻址，因为程序存储器EPROM用8031的PSEN信号选通，而数据存储器RAM用8031的读信号RD和写信号WR选通的，在CPU取指令周期，P2口和P0口输出的是程序计数器PC的值，8031的外部程序选通信号PSEN，在ALE返回电平后发生负跳变，选通外部程序存储器，由地址线AB015确定外部EPROM中指令字节传送到P0口供CPU读取，读写信号线WR、RO始终为高电平，即RAM数据存储器不会被 选通，而在8031访问外部RAM数据存储器的周期内，认得(或WR)发生负跳变，程序选通信号，PSEN始终为高电平，CPU只和外部RAM传送数据，EPROM没有被选通。

输入的电压，电流经过有源补偿的电压互感器、电流互感器后进入分割乘法器，相乘后得到了与输入功率成正比的电流信号(仪表有相同的三套功率电源变换电路)，送入电流—频率变换器转换成与输入功率成正比的脉冲信号，变换输出的频率在三相额定输入时可达30KHZ，因此作功率测量时有足够高的分辩率，作功率和电能测量时，将信号送至微机部分，由计算机精确地计数和运算，求出结果后，送数码显示，在作电度表校验时，计算机除接收功率脉冲外，还接收来自光电头电路的转数信号，当被校表转够额定圈数时，根据累计电能和预置的参数，计算相对误差并数码管显示，同时立即开始下一次校验，因此在电度表校验时，数码管不断地显示每次校验的相对误差 ，可根据所显示的误差值连续调整被校表，直至误差小于规定值为止。 BDJ—3A的工作原理方框图。

四.主要功能与特点

主要功能：

1. 适用于单相、三先相三线、三相四线电路作有功，无功功率，电能的测试，测量时可同时显示1秒和10秒采样的结果，额定输入3300W时，可分辨到0.1W和0.01W，具有高分辨能力，全部量程均可直读。
2. 6位数码管显示累计电能值，单位瓦。时，小数点可任意移动，并可同时显示功率，连续显示被校表相对误差，误差显示范围为 9.99-9.99%，同时显示功率。
3. 用于电度表校验时，有光电头和手动开关两种控制方法，可同时校验三块电度表。
4. 输出高，低频功率变换脉冲，可外接检验和自校用。
5. 可扩充打印机接口，外接打印测试结果，可扩充串行口组成自检系统，也可扩充三路模拟电压输出，外接数字电压表分相显示功率。

它的特点：

1. 三个常用的电流量程和电压量程，可以省去外接互感器，三个独立的功率转换单元，相互无影响，可以用单相或三相校准。
2. 智能化设计，具有记忆和计算功能，全部参数预置通过键盘进行。
3. 对单相负载，三相平衡量负载有相同的测试精度。
4. 预热时间短，无须调零和满度，线性范围宽，性能稳定，地低功耗，防震。
5. 能正确测量谐波功率。(总功率和总电能) 利用BDJ—3A表测功率、电能，操作方便，方法简单，易组成自动测试系统，但还需在此基础上进行改进与发展。