龙广站2-4DG电压波动处理报告 本文关键词：电压，波动，报告，龙广站，DG
龙广站2-4DG电压波动处理报告 本文简介：龙广站2-4DG、3G电压波动处理报告一、事件概况：1、龙广站2-4DGJ1、2-4DGJ2轨道电路电压长期波动（多年），近期有加重趋势，最高达27V、最低达16V，电压波动同时相位亦有相应的波动趋势，但是幅度不大，一般在2-3度，而2-4DG却没有出现过电压、相位的波动；3G电压亦有长期波动，最高
龙广站2-4DG电压波动处理报告 本文内容：
龙广站2-4DG、3G电压波动处理报告
一、事件概况：
1、龙广站2-4DGJ1、2-4DGJ2轨道电路电压长期波动（多年），近期有加重趋势，最高达27V、最低达16V，电压波动同时相位亦有相应的波动趋势，但是幅度不大，一般在2-3度，而2-4DG却没有出现过电压、相位的波动；3G电压亦有长期波动，最高达24V，最低低至18V，电压波动同时，相位也有相应波动，幅度也是2-3度左右。
2、龙广站为S行有6‰下坡道、X行进站口处有网工区的特殊三股道站场。该站设计上，3G西头有中联板，3G东头与IIG东头间有横向联结线（实际未安装）；1G西端无中联板，1G东端安装中联板。X进站中联板上安装有网工区回流地线。站场如下：
二、、车间、工区处理情况：
⑴、先对相关区段电缆进行线间、对地绝缘电阻进行测试，均在500M以上；
⑵、对区段内的导接线、电源线进行检查、补打，不良的或塞钉头不规范的导接线全部进行重新打眼安装更换，有的接头再多加一根跳线作为导接线；
⑶、对相应区段部分进行更换试验，如2-4DGJ1更换了适配器、扼流变等；
⑷、2013年8月（具体日期不清），车间查阅25HZ轨道电路设计要求，发现“25HZ轨道电路为了防止第三条腿构成回路，出现断轨不红现象，股道两端不能同时安装中联板，且安装中联板时，尽量安装在靠近变电所一侧”的要求，车间经过请示信号科后，对龙广站的牵引回流径路进行了更改，将原来3G西端的中联板拆除，新装东头3G至IIG间横向连接线。
经过以上补强、尝试、改进措施后，2-4DGJ1、2-4DGJ2、3G电压波动情况没有明显改善。
相关微机记录的图片如下：
2-4DGJ1电压波动情况
2-4DGJ1电压、相位波动情况
3G电压波动情况
三、工区、车间分析
1、信号设备正常。工区、车间下了大力气对该站两个区段的设备进行了整治，但毫无效果。
2、判断为牵引电流干扰引起，但是无法确定如何干扰，况且2-4DG电压、相位一直非常平稳，无法解释。
3、X进站处变电所回流线在地下是否接触良好，如果接触不良是否会产生影响，无从印证。
4、我车间管内还存在着很多电压波动的区段，如乐里河1G、3G；文佃1G；板其1G、3G；石头寨2-4DG；沙厂坪2-4DG；郑屯3G、4G；兴义3G、4G；河西站3G；品甸3G、4G等，我车间一直在进行关注和试验尝试，但是至今未能找到真正原因解决这些区段的波动问题，25HZ轨道电路是否还存在某些不合理的设计存在？
四、处理建议：
1、工区、车间继续加大设备整治力度，确保有波动区段的设备处于良好的运用状态，防止故障发生。
2、工区、车间加强设备调阅监控，发现突变时，要采取应急措施。
3、工区、车间继续查找隐患原因。
4、向段技术科请求技术指导，及时消除设备隐患。
兴义信号车间
2015-1-12
6
篇2：晶闸管分级电压调节器整体方案设计
晶闸管分级电压调节器整体方案设计 本文关键词：晶闸管，调节器，方案设计，分级，电压
晶闸管分级电压调节器整体方案设计 本文简介：晶闸管分级电压调节器整体方案设计目录1应用背景12装置工作原理分析32.1基本原理32.2取能点在负载侧工作原理分析42.3取能点在电源侧工作原理分析62.4小结73技术指标74方案设计94.1一次设计94.2二次设计13版本记录时间创建版本备注2016.3.13黄杰Ver1.0创建2016.4.4
晶闸管分级电压调节器整体方案设计 本文内容：
晶闸管分级电压调节器整体方案设计
目
录
1应用背景1
2装置工作原理分析3
2.1基本原理3
2.2取能点在负载侧工作原理分析4
2.3取能点在电源侧工作原理分析6
2.4小结7
3技术指标7
4方案设计9
4.1一次设计9
4.2二次设计13
版本记录
时间
创建
版本
备注
2016.3.13
黄
杰
Ver1.0
创
建
2016.4.4
龙云波
Ver1.1
增加内容
2016.4.5
黄
杰
Ver1.2
2016.8.2
龙云波
Ver2.0
1
应用背景
近年来，随着县域经济发展和城镇化水平不断提高，尤其是社会主义新农村建设和“家电下乡”等惠农政策的出台，加之农村地区加工业的蓬勃发展，致使农村地区电力供需平衡偏紧，以至于在用电高峰时段，部分地区的用户端电压偏低，给农户的日常生产和生活带来了极大的困扰，造成了严重制约当地农村社会经济发展的低电压问题。而根据国网公司相关部门的统计，在国网公司经营区内农村的低电压用户共有847.6万户，占到农村总用户数的3.75%，由此可见低电压问题已具有一定的普遍性，需要供电部门予以重视，并通过有效的技术手段予以解决。
目前，面都低电压问题所采取的应对措施主要有以下几种：
（1）
增加供电电源
通过在低电压问题集中的地区新建变电站以增加供电电源，可以有效减小供电半径，从根本上解决供电用户的低电压问题。但是，变电站建设资金投入巨大，建设周期较长，且由于低电压问题多发生在供电线路末端，用户较为分散，新建变电站的供电容量难以得到充分利用。因此，该方式虽能从根本上解决低电压问题，但资金投入大，见效慢，经济性差。
（2）
更换供电线路，采用更大线径的线缆；
利用将供电线路更换为截面积更大的导线可有效减小供电线路的阻抗，从而降低供电线路所带来的电压降落，也可从根本上解决供电用户的低电压问题。但是，由于配电系统网络复杂，供电线路众多，故更换线路所需资金投入巨大，建设周期长，经济性较差。
（3）
调节供电变压器分接头
通过对上级供电变压器的分接头进行调节，可以在不增加辅助设备的情况下调节线路电源端的电压，实现对供电线路末端用户低电压问题的治理。但由于变压器分接头可调节范围较窄，对由供电线路过长导致线路压降过大所造成的供电用户低电压问题治理效果欠佳。
（4）
采用无功补偿装置
通过并联补偿装置可在不影响线路正常运行的情况下，通过无功电流的注入，减小供电线路的阻抗，降低线路上的电压降落，进而达到对供电用户低电压问题的治理。若并联补偿装置为采用电力电子全控开关技术的设备，则装置的补偿精度高，响应快。但是，由于补偿效果受线路自身阻抗的制约，且在部分工况下会增大线路输送的无功功率，影响了无功补偿对低电压问题的治理效果；此外，对于采用电力电子全控开关技术的设备，由于开关器件的限制，当设备应用于高压配电系统时，势必将增加设备的成本及技术实施的复杂性。
（5）
利用可控串补来补偿线路压降
利用可控串补可调节线路的等效阻抗，减小线路压降，也能达到提高线路末端用户电压的目的，且由于采用电力电子技术，具有补偿精度高，响应速度快的特点。但是，该方式同样受到电力电子器件的制约，当设备应用于高压配电系统时，势必将增加设备的成本及技术实施的复杂性，因此难以在高电压配电系统中推广。
表1
低电压问题治理措施优缺点比较
治理措施
优
点
缺
点
增加供电电源
根本解决低电压问题
投资大、见效慢、经济性差（电源负载率低）
更换供电线路线缆
根本解决低电压问题
投资大、见效慢、经济性差（线路日常传输功率低）
调节变压器分接头
基本不用新增设备
人工调节相应速度慢，电压调节范围有限
采用无功补偿装置
并联补偿，不影响线路正常运行，补偿响应快
补偿效果受线路阻抗影响，增加线路输送的无功功率，受器件技术限制
利用可控串补
响应速度快，补偿精度高
受电力电子器件限制，难以用于高电压配电系统，且设备成本较高
晶闸管分级电压调节器
响应速度快，不受电力电子器件耐压限制，成本低，经济性好
分级补偿，补偿精度略差
晶闸管分级电压调节器通过多抽头的取能变压器将补偿装置的工作电压降至低压侧，通过晶闸管来控制取能变压器分接头的投切，在保证补偿精度的前提下实现了对负载电压的分级补偿，解决了电力电子器件耐受电压的限制问题，保证了装置的动态响应性能，降低了装置的制造成本。此外，装置通过串联变压器直接输出电压实现对负载电压的补偿，其补偿方式更为直接，效果也与并联无功补偿相比更加明显。上述优势使该设备与其它低电压治理方式相比，具有更加广阔的应用前景。
2
装置工作原理分析
1
2
2.1
基本原理
晶闸管分级电压调节器串联在系统供电线路和负荷之间，补偿配电网线路由于线路较长或分布式能源接入引起的电压降落，提高电力系统可靠性和负荷供电质量。晶闸管分级电压调节器主要由并联取能变压器T1、串联接入变压器T2、晶闸管阀SCR2、旁路开关QF和控制系统组成。
图1晶闸管分级电压调节器主电路示意图
当供电线路电压Usys发生电压降落时，并联取能变压器T1从电网取能，通过晶闸管控制变压器抽头输出同相的补偿电压Ucom，经过串联接入变压器T2叠加到欠压相上，使负荷侧电压Uload保持稳定，确保负荷安全运行。为简化分析，在下面的工作原理分析中做如下假设和简化：
1）并联取能变压器T1和串联变压器T2均为理想变压器，其不会在串联线路中产生电压降落，也不会在电压变换中产生功率损耗，即并联取能变压器原边从系统吸收的取能功率等于串联变压器通过线路向系统注入的补偿功率。
2）所补偿的负载为恒阻抗负载，即在整个分析过程中可将其简化为阻值恒定不变的阻抗元件。
此外，从图1的晶闸管分级电压调节器主电路可以看出，取能变压器原边的取能点可以在负载侧，也可以在电源侧，这也使整个装置的工作状态略有不同，现对这两种状态分别进行分析。
2.2
取能点在负载侧工作原理分析
当并联取能变压器原边的取能点在负载侧时，晶闸管分级电压调节器补偿时的工作简化电路如图2所示。
图2
晶闸管分级电压调节器工作原理简图（负载侧取能）
根据图2所示的电路图，可以得到系统电压Us、线路压降UL、晶闸管分级电压调节器补偿Ucom和负载电压Uload之间的关系为
（1）
设并联取能变压器和串联变压器的变比分别为k1和k2，则有
（2）
（3）
由式（2）和（3）可得
（4）
同理可得
（5）
根据系统电流Is、负载电流Iload以及并联取能变压器的输入电流Icom三者关系，可得
（6）
即
（7）
将式（7）代入式（1），可得
（8）
令，并将式（5）代入式（8），可得
（9）
从式（9）可以看出，当系统电压降低，电压幅值降低至系统额定电压Un的K（0≤K＜1）倍时，要保证负载电压Uload的幅值不变，晶闸管分级电压调节器通过控制晶闸管的投退来调节取能变压器副边抽头，即改变并联取能变压器的变比k1，从而通过串联变压器电压补偿，保证负载电压维持在系统额定电压Un附近。
2.3
取能点在电源侧工作原理分析
图3
晶闸管分级电压调节器工作原理简图（电源侧取能）
当变量取能变压器的取能点安装在电源侧时，其分析与在负载侧取能类似，根据图3的工作原理简图，可得
（10）
（11）
根据式（10）和（11），得
（12）
故有
（13）
同样可得
（14）
由于在图3的电路中，式（1）仍成立，将式（13）和式（14）代入，得
（15）
从式（15）可以看出，当系统电压降低，电压幅值降低至系统额定电压Un的K（0≤K＜1）倍时，和装置取能点在负载侧一样，也可以通过控制晶闸管来调节k1的取值，进而达到补偿负载电压保持在在系统额定电压Un附近。但是，式（15）和式（9）相比较，当取能点在电源侧时，取能变压器变比k1和系统电压Us之间为二次方关系，从而增加了补偿控制算法的难度。
2.4
小结
综合上述分析，将并联取能变压器的取能点设计在负载侧，虽然在同等运行情况下增加了串联变压器的容量，但由于其补偿算法更容易实现，且装置的运行也更加稳定。在无特殊设计要求的前提下，应优先采用取能点在负载侧的方案来开展设备主电路设计。
3
技术指标
晶闸管分级电压调节器的设计条件以及到达到的主要功能如表2所示。
表2
晶闸管分级电压调节器设计条件
补偿容量
94.5kVA（315kVA*0.3）
10kV
输入
额定输入电压
10kV
额定电压补偿范围
-60%～-90%Un
额定输入电流
6A
额定输入频率
50Hz±5Hz
输出
单相额定输出电压
0～30%Ui(三档调节)
输出频率
同系统频率
控制运行
过载能力
1.3倍过载电流长期，1.5倍过载电流10s，2In输出速断保护。
单相、三相对地电压跌落校正能力
0.3pu，长期
三相输入电压分级补偿范围
±0.1pu
诊断
开机自检，运行中实时检测诊断
保护功能
主要包括：输入侧和输出侧过/欠压，输入侧和输出侧过流、过载、短路，防雷、变压器超温保护、SCR
驱动保护、单元过温保护、通信故障等保护
效率
＞0.97
显示功能
触摸屏，液晶屏数字显示输入电压、电流、功率、功率因数，输出电压、电流、功率、功率因数、频率、故障信息等
通讯
RS485/工业以太网
使用条件
运行温度
-20℃～+50℃
海拔
0～1500米（超过1500米时需降容使用）
相对湿度
0-90%（非凝结状态，含凝露控制器）
抗震强度
8级
运行环境
无导电或可致爆炸的尘埃，无腐蚀金属或破坏绝缘的气体或蒸汽
冷却方式
强制风冷
噪音
＜85dB，1米处测试
防护等级
IP4X
安装方式
户内固定式
EMC
CISPR
11
A级
通过GB/T
17626.2－1998标准、静电放电抗干扰度3级试验
通过GB/T
17626.4-1998
标准、电快速瞬变脉冲群抗扰度3试验
通过GB/T
17626.5－1998标准、冲击（浪涌）抗扰度3级试验
晶闸管分级电压调节器要实现的主要功能描述如下：
1)
断路器、接触器等开关分合闸操作；
2)
系统电压跌落/升高监测，系统电压分级补偿，最高补偿±0.3pu（长期）；
3)
系统电压、负载电压、系统电流，装置取能电流监测显示；
4)
过压保护、过流保护、变压器过温保护、雷击浪涌保护、SCR模块故障保护；
5)
接触器、断路器、熔断器状态量监测和故障保护；
6)
装置或系统故障后，旁路运行；
4
方案设计
4.1
一次设计
4.1.1
一次原理图
17
图4
晶闸管分级电压调节器主回路接线示意图
2.1.3
参数设计
（1）取能变压器（T2）的设计
根据装置的工作条件，本装置针对10kV线路末端容量为315kVA台变所带负荷，可补偿额定电压30%之内的低电压问题，即需要装置向负荷提供94.5kVA的功率。因此，装置工作在最大补偿情况下，将负载电压补偿至额定值时，流经变压器原边绕组的电流IT2w1为
A
考虑装置需在1.3倍过载电流下长期工作，取能变压器原边绕组的额定电流应为8A，额定电压5774V。
考虑到晶闸管及低压侧开关耐压，串联隔离变压器副边设计电压为380V，并在副边绕组输出电压三分之一和三分之二处各引出一个抽头，即副边三个绕组的额定输出电压分别为380V、260V和130V。
取能变压器的额定功率ST1为
VA
（2）串联隔离变压器（T1）设计
根据装置的功能设定，装置应能补偿30%的系统额定电压，即串联变压器原边的单相输出电压至少为
V
由于本装置利用系统电压来补偿用户供电电压过低问题，若串联变压器按照额定电压变比来设计，当系统电压过低时，串联变压器原边输出的补偿电压将要低于设计的输出电压，进而导致无法将负载的供电电压补偿至正常范围之内。因此，需适当提高串联变压器原边的变比，使其在系统电压低于30%时，装置也能将用户的供电电压补偿至正常范围之呢。
经过计算，认为串联隔离变压器的变比设置为2000/380V较为合适。其在不同工况下的补偿效果如表3所示。
表3
晶闸管分级电压调节器不同电压下补偿效果计算结果统计表
电压降低幅度
系统相电压（V）
隔离变压器副边电压（V）
隔离变压器输出电压（V）
补偿后用户供电电压（V）
补偿后用户供电电压（p.u）
10%额定电压
5197
117
616
5813
1.00
20%额定电压
4620
208
1095
5715
0.99
30%额定电压
4042
266
1400
5442
0.94
由于负载电流需流过串联隔离变压器的原边，则流经串联隔离变压器原边的电流大小为
A
考虑装置1.3倍过流情况下需能长期工作，故原边负载设计电流取24A。
此外，由于在装置在进行补偿时，取能变压器支路的电流也将流经串联隔离变压器，故取能变压器的电流为负载电流与取能变压器支路电流之和。当系统电压降低至额定电压的70%以下，并通过补偿装置将负载电压补偿至额定电压时，流经串联隔离变压器的电流达到最大值。基于上述原因，装置串联隔离变压器的电流应为原边负载设计电流与取能变压器原边绕组的额定电流之和，即32A。
由此可以确定装置中3个单相隔离变压器的额定电压变比2000V/380V，额定容量为
VA
（3）晶闸管参数设计
由于串联隔离变压器的额定变比为2000V/380V，额定电流为32A，则晶闸管工作的峰值电流为
A
工作电压为
V
故考虑设计裕度，设计变压器抽头投切晶闸管（SCR2）的额定电流350A。
当负载电压在正常工作范围内时，装置应通过旁路开关在串联变压器副边将装置旁路出系统，此时流经旁路开关的电流与变压器抽头投切晶闸管（SCR2）相同。但是，由于旁路开关需在线路故障时，通过旁路串联变压器保护装置本体不受故障电流影响。通过对线路分析，认为在串联变压器出口处负载侧发生三相对地短路时，所产生的短路电流对装置冲击最大。若装置工作在补偿状态下时，发生三相对地短路，则变压器抽头投切晶闸管（SCR2）也应能具备与旁路开关相同的故障电流和电压承受能力。
按照目前负载条件下，10%线路压降的线路阻抗考虑，此时的短路电流大约为182A左右（5774V/31.7Ω），峰值电流大约258A，折到串联变压器副边电流为1356A。按其需要承受10ms短路电流考虑，其需要耐受的电流平方时间积为
kA2s
按照发生线路故障的极端情况，串联隔离变压器原边承受整个系统相电压考虑，此时旁路晶闸管（SCR1）所承受的故障电压为
V
考虑到晶闸管分级电压调节器主要用于补偿由于供电线路过长所引起的低电压问题，其安装位置系统电压大致有7%～10%的电压降落，假设串联变压器自身阻抗在线路产生1%～3%的电压降落，则当串联变压器负载侧出口发生三相对地短路时，串联变压器原边所承受的电压不到系统电压的二分之一，即小于780V。
综合考虑，设计变压器抽头投切晶闸管（SCR2）采用晶闸管的额定电压为1400V，额定电流350A，且均需要满足电流平方时间积大于18.4
kA2s的要求。
4.2
二次设计控制器户外使用（箱式变或柱上安装），防尘、防潮、高低温，控制器取能方式？
4.2.1
输入输出量统计
（1）
模拟量输入（6个）
信号名称
信号说明
备注
Usa
A相电网电压
PT1
10kV/100V需确认
Usb
B相电网电压
Usc
C相电网电压
isa
A串联变压器副变电流
CT1需后期确认
?A/5A
isb
B串联变压器副变电流
isc
C串联变压器副变电流
（2）
开关量输入信号
信号名称
信号说明
备注
启动/停止信号
接点的输入电压和电流输入电压及电流
串联变压器副边旁路开关位置信号
备用1
备用2
备用3
备用4
备用5
备用6
（3）
开关量输出信号
信号名称
信号说明
备注
故障灯
继电器的接点容量继电器的驱动电压，触点的容量，触点耐受电压和电流
运行灯
串联变压器副边旁路开关
备用1
备用2
备用3
备用4
备用5
备用6
（4）
晶闸管驱动信号（9个）功率模块的故障回报？？
信号名称
信号说明
备注
SCR_A1触发
驱动板的输入电压和电流
SCR_A2触发
SCR_A3触发
SCR_B1触发
SCR_B2触发
SCR_B3触发
SCR_C1触发
SCR_C2触发
SCR_C3触发
4.2.2
运行方式
（1）
启动
装置启动前，旁路开关QF处于闭合状态，取能变压器开关QT分闸。
装置启动，线路上电，控制系统正常工作，旁路开关QF闭合，所有晶闸管触发脉冲闭锁，装置进入热备用状态。
QF
SCR1
SCR2
合闸
闭锁
闭锁
（2）
补偿
装置已经入热备用状态，旁路断路器QF分闸，控制系统根据补偿算法，确定变压器抽头投切晶闸管（SCR2）的投入编号，在保持旁路晶闸管（SCR1）触发脉冲闭锁的同时，向相应的变压器抽头投切晶闸管发出触发脉冲，通过晶闸管组SCR2控制变压器抽头输出同相的补偿电压，对用户的供电电压进行补偿。
QF
SCR1
SCR2
分闸
闭锁
根据需要触发
（3）
旁路
装置工作在旁路状态，不再补偿系统电压。可能由于系统或装置故障，控制系统由补偿自行切换至该状态；或者人工切换至该状态。旁路过程如下：SCR2闭锁，SCR1触发，QF1合闸，QS1，QS2分闸，SCR1再闭锁。
QF
SCR1
SCR2
合闸
触发->闭锁
闭锁
（4）
停止
装置首次安装或装置检修（此状态下线路不带电）。
QF1
SCR1
SCR2
分闸
闭锁
闭锁
4.2.3
控制策略
（1）
补偿策略
根据图2.1主接线示意图所示，规定SCR2_1、SCR2_2、SCR2_3分别为控制取能变压器副变分接头输出230V、460V和690V的晶闸管。装置的控制系统通过对系统电压Usys的实时监测和计算，判断系统电压是否过低，需要利用装置进行补偿，并根据系统低电压的程度，向具体的投切晶闸管发出触发脉冲，输出对应的补偿电压，以保证用户的供电电压在正常范围内。
系统电压
SCR2_1
SCR2_2
SCR2_3
QF
1.0Un≤Usys
闭锁
闭锁
闭锁
闭合
0.9Un≤Usys<1.0Un
导通
闭锁
闭锁
断开
0.8Un≤Usys<0.9Un
闭锁
导通
闭锁
断开
0.7Un≤Usys<0.8Un
闭锁
闭锁
导通
断开
Usys<0.7Un
闭锁
闭锁
导通
断开
图5
低电压补偿电压仿真波形（15%补偿）
图6
低电压补偿电压仿真波形（25%补偿）
图7
低电压补偿电压仿真波形（35%补偿）
从仿真波形可以看出，根据当前的控制策略，装置能有效补偿系统供电电压过低对用户造成的影响。且在进行35%电压补偿时，隔离变压器原、副边电流均在装置一次设计所计算得到的电流运行范围之内。从仿真结果看，控制策略在采用恒功率和横阻抗负载时均能实现对系统供电电压过低电压问题的有效补偿。
图8
低电压补偿串联隔离变压器原副边电流仿真波形（35%补偿）
（2）
启动控制策略
装置启动前，旁路开关QF应处于闭合状态。当装置启动时，供电线路上电后使控制系统上电，待控制系统自检完毕后，开始正常工作。
（3）
补偿启动控制策略
当装置正常运行，没有故障发生的前提下，控制系统检测到系统过电压过低，须将控制装置输出补偿电压，则首先应相SCR1发出触发脉冲，断开旁路开关QF，待QF完全关断后，向相应的SCR2晶闸管发出触发脉冲，对SCR1的触发脉冲进行闭锁，使串联隔离变压器输出相应的补偿电压。
（4）
补偿退出控制策略
当系统电压在运行范围内，装置需要退出运行时，先向SCR1发出触发脉冲，并闭锁SCR2相应晶闸管的触发脉冲，待SCR1完全导通后，闭合旁路开关QF，待QF闭合后，闭锁SCR1的触发脉冲。
篇3：数字电压表的制作与设计-实习报告
数字电压表的制作与设计-实习报告 本文关键词：电压表，实习报告，数字，制作，设计
数字电压表的制作与设计-实习报告 本文简介：河南工程学院实习报告专业电气自动化技术班级1331班姓名赵庆飞学号2013207091342014年12月1日实习（训）报告评语等级：评阅人：职称：*年*月*日河南工程学院实习（训）报告实习目的（内容）：数字电压表的制作与设计实习时间：自12月1日至12月14日共14天。实习地点：实验室3号实验楼实
数字电压表的制作与设计-实习报告 本文内容：
河
南
工
程
学
院
实
习
报
告
专业电气自动化技术
班级
1331班
姓名
赵庆飞
学号
201320709134
2014年
12月1日
实习（训）报告评语
等级：
评阅人：
职称：*年*月*日
河
南
工
程
学
院
实习（训）报告
实习目的（内容）：
数字电压表的制作与设计
实习时间：自
12月
1日至12月
14
日共14天
。
实习地点：
实验室3号实验楼
实习单位：
电气信息工程学院
指导老师：
陶春鸣
摘要
随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器／计数电路，这
就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统。
数字电压表它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本章重点介绍单片A/D
转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原目前，由各种单片A/D
转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力理。AT89C52单片机的一种电压测量电路,该电路采用ADC0832本文介绍一种基于A/D转换电路，测量范围直流
0～5V
的4路输入电压值，并在四位LED数码管上显示或单路选择显示。测量最小分辨率为0.019V，测量误差约为正负0.02V。本次设计就是为了更好地掌握单片机及相关的电子技术，在参阅一些资料的基础上利用ADC0832而设计的数字电压表。
一、设计目的与功能要求
A、
设计目的
利用单片机及ADC0832核心元件制作三位半数字电压表，更好地学习掌握ADC0832的工作原理及A/D的转换编程方法。
B、功能要求
利用ADC0832设计实现数字电压表的测量值为0～5V，用电位器模拟ADC0832的输入电压，用3位数码管显示，实时模拟数字电压表。
二.总体设计
A、系统设计
主要分为两部分：硬件电路及软件程序。硬件电路包括：单片机及外围电路，模拟信号采集电路，A/D转换电路，数码管显示电路，各部分电路的衔接。软件的程序可采用C语言或汇编，这里采用C语言，详细的设计思路在后面介绍。
B、设计方案
数字电压表的设计方案很多，但采用集成电路来设计较流行。其设计主要是由模拟电路和数字电路两大部分组成，模拟部分包括A/D转换器，基准电源等;数字部分包括振荡器，数码显示，计数器等。其中，A/D转换器将输入的模拟量转换成数字量，它是数字电压表的一个核心部件，ADC0832
为
8
位分辨率
A/D
转换芯片，其最高分辨可达
256
级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在
0~5V
之间。芯片转换时间仅为
32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过
DI
数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。
C、总体设计框图
采集
量程变换处理
数字信号
数码管
单
片
机
A/D
转换器
ADC0832
外界模拟信号
显示出模拟电压
的数值
预先写好的汇编程序
置
入
振荡器、时序脉冲
三．设计原理图
四.硬件电路设计
1、核心元器件介绍
a
、
芯片介绍
1.单片机AT89S52介绍
AT89S52
是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有
8K
在系统可编程AT89S52引脚图
DIP封装Flash存储器。使用Atmel
公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51
产品指令和引脚完
全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于
常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8
位CPU
和在系统
可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提
供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，
32
位I/O
口线，看门狗定时器，2
个数据指针，三个16
位
定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，
片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52
可降至0Hz
静态逻
辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU
停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工
作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
P0
口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻
辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，
P0不具有内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验
时，需要外部上拉电阻。
P1
口：P1
口是一个具有内部上拉电阻的8
位双向I/O
口，p1
输出缓冲器能驱动4
个
TTL
逻辑电平。
此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2
的触发输入（P1.1/T2EX）。
在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
引脚号第二功能：
P1.0
T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出
P1.1
T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1.5
MOSI（在系统编程用）
P1.6
MISO（在系统编程用）
P1.7
SCK（在系统编程用）
P2
口：P2
口是一个具有内部上拉电阻的8
位双向I/O
口，P2
输出缓冲器能驱动AT89S52引脚图
PLCC封装4
个
TTL
逻辑电平。对P2
端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入
口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX
@DPTR）
时，P2
口送出高八位地址。在这种应用中，P2
口使用很强的内部上拉发送1。在使用
8位地址（如MOVX
@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3
口：P3
口是一个具有内部上拉电阻的8
位双向I/O
口，p3
输出缓冲器能驱动4
个
TTL
逻辑电平。
P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。
在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
端口引脚第二功能：
P3.0
RXD(串行输入口)
P3.1
TXD(串行输出口)
P3.2
INTO(外中断0)
P3.3
INT1(外中断1)
P3.4
TO(定时/计数器0)
P3.5
T1(定时/计数器1)
P3.6
WR(外部数据存储器写选通)
P3.7
RD(外部数据存储器读选通)
此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。
RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
按键复位
上电复位
ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。
PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。
2.A/D转换器ADC0832
·
8位分辨率；
·
双通道A/D转换；
·
输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；ADC0832·
5V电源供电时输入电压在0~5V之间；
·
工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；
·
一般功耗仅为15mW；
·
8P、14P—DIP（双列直插）、PICC
多种封装；
·
商用级芯片温宽为0°C
to
+70°C，工业级芯片温宽为?40°C
to
+85°C；
芯片接口说明：
·
CS_
片选使能，低电平芯片使能。
·
CH0
模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
·
CH1
模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。
·
GND
芯片参考0
电位（地）。
·
DI
数据信号输入，选择通道控制。
·
DO
数据信号输出，转换数据输出。
·
CLK
芯片时钟输入。
·
Vcc/REF
电源输入及参考电压输入（复用）
3、其他硬件
A、排阻的作用
内存芯片下方均匀分布的“芝麻粒”，实排阻际上是位于内存颗粒和金手指之间的“排阻”。排阻，是一排电阻的简称。我们知道，内存在处理、传输数据时会产生大小不一的工作电流。而在内存颗粒走线的必经之处安装一排电阻，则能够帮助内存起到稳压作用，让内存工作更稳定。从而提升内存的稳定性，增强内存使用寿命。内存右边角上的“小绿豆”，我们一般称之为SPD。SPD是一存储体，它存储了厂商对内存的详细配置信息：如内存的工作电压，位宽，操作时序等。每次开机后自检时，系统都会首先读取内存SPD中的相关信息，来自动配置硬件资源，以避免出错。上拉、限流。和普通电阻一样，相比而言简化了PCB的设计、安装，减小空间，保证焊接质量。
排阻的特点
排阻具有方向性，与色环电阻相比具有整齐、少占空间的优点。
排阻引脚说明
1与a
2与b
3与c
4
与d之间的电阻都是10欧，与其它的管脚没有任何关系．就是一排电阻，做在了一个原件上．．
有的还有一个公脚，就是为了方便使用，拿万用表量一下就会发现所有脚对公共脚的阻值均是标称值，除公共脚外其它任意两脚阻值是标称值的两倍，很明显任意两脚通过公共脚脚串联的嘛！用在有很多上下拉电阻的场合应用特方便，比如并行通讯线上，还节省空间。（就是老师问这个问题就难住我啦，老师问我排阻的作用，我说保护电路，老师还问我还有什么作用，我竟不知道，我在网上查，其实查到啦，我不知道排阻是上拉电阻也是它的作用，就造成了，最后还是老师给我点出来的）
五、软件(程序)
A、
流程图
开始
系统初始化
启动A/D转换
采集A/D转换值
数据转换
Y
调用显示
三位是否显示完？完？
读电压值
Y
N
END
程序流程图
转换结束？
Y
N
B、程序
#include
#define
uchar
unsigned
char
#define
uint
unsigned
int
uint
Chan0Value,Chan1Value;
sbit
RS=P2^0;
//1602各控制脚
sbit
RW=P2^1;
sbit
EN=P2^2;
sbit
Cs0832=
P1^4;
//0832各控制脚
sbit
Clk0832=
P1^5;
sbit
Di0832=
P1^6;
sbit
Do0832=
P1^6;
uchar
table[]={“Chanal
0:
.
V“};
uchar
table1[]={“Chanal
1:
.
V“};
void
delay1ms(unsigned
int
ms)//延时1毫秒（不够精确的）
{
int
i,j;
for(i=0;i>i;
}
for(i=0;i<8;i++)
//从低到高取一次数
{
if(Do0832)
Dat2|=0x01< Clk0832=1; //下降沿有效 Clk0832=0; } Cs0832=1; Di0832=1; Clk0832=1; //数据读取完成，释放所有数据线 if(Dat1==Dat2) return Dat1; //校验两次数相等，输出 } /*本程序与其他一般程序最大的不同就是要读两次 一次从最高位到最低位，一次从最低位到最高位， 两次所读值相等即为正常，可以输出*/ /******************************LCD1602**************************************/ /*************************lcd1602程序**************************/ void wr_com(unsigned char com)//写指令// { delay1ms(1); RS=0; RW=0; EN=0; P0=com; delay1ms(1); EN=1; delay1ms(1); EN=0; } void wr_dat(unsigned char dat)//写数据// { delay1ms(1); RS=1; RW=0; EN=0; P0=dat; delay1ms(1); EN=1; delay1ms(1); EN=0; } void lcd_init()//初始化设置// { delay1ms(15); wr_com(0x38);delay1ms(5); wr_com(0x80);delay1ms(5); wr_com(0x01);delay1ms(5); wr_com(0x06);delay1ms(5); wr_com(0x0c);delay1ms(5); } void writevalue(uchar add,uchar dat) { wr_com(0x80+add); wr_dat(dat); } void zifuchuan(ucharch) { while(*ch!=0) wr_dat(*ch++); delay1ms(1); } void main(void) { uint a,b; int i=0; lcd_init(); while(1) { a=GetValue0832(0); delay1ms(100); b=GetValue0832(1); wr_com(0x80); for(i=0;i<15;i++) { wr_dat(table[i]); } Chan0Value=a/255.0*500; writevalue(10,Chan0Value/100+0x30); writevalue(12,Chan0Value%100/10+0x30); writevalue(13,Chan0Value%100%10+0x30); wr_com(0x80+0x40); for(i=0;i<15;i++) { wr_dat(table1[i]); } Chan1Value=b/255.0*500; writevalue(0x40+10,Chan1Value/100+0x30); writevalue(0x40+12,Chan1Value%100/10+0x30); writevalue(0x40+13,Chan1Value%100%10+0x30); } } 六、调试仿真 电路在proteus中的仿真图如下： 仿真结果：输入的电压从0～5V变化时，数字电压表能够测量出并利用数码管显示出来。测量的精度与要求的一致，前两位精确，百分位不作精确。要更精确，只需修改相应的源程序代码即可。 七、PCB板制作和焊接 A、PCB制作 利用原理图制作PCB板及利用专门的复写纸张将设计完成的PCB图通过喷墨打印机打印输出，然后将印有电路图的一面与铜板相对压紧，最后放到热交换器上进行热印，通过在高温下将复写纸上的电路图墨迹粘到铜板上。 制板。调制溶液，将硫酸和过氧化氢按3：1进行调制，然后将含有墨迹的铜板放入其中，等三至四分钟左右，等铜板上除墨迹以外的地方全部被腐蚀之后，将铜板取去，然后将清水将溶液冲洗掉。 打孔。利用凿孔机将铜板上需要留孔的地方进行打孔，完成后将各个匹配的元器件从铜板的背面将两个或多个引脚引入，然后利用焊接工具将元器件焊接到铜板上。 B、焊接 按照原理图进行焊接（焊接完好的成品如下） 八、心得 体会 经过两周的努力终于设计成功，LCD的显示结果和直接用数字电压表测试模拟量输入所得结果几乎一致，误差完全在合理的范围之内。由于仪器误差，LCD显示最大值只能是4.9V，离标准最大值5.0V已经不远，达到预期目的，设计成功。本设计参考了AT89S52与ADC0832转换的接口连线，设计出电路图的连线，从并中理解了许多基本的知识和接线方法，在制作过程中遇到了许多问题，如封装的大小尺寸不同，焊盘的大小需要调整，在PCB封装连线时由于学校只能做单层板，所以不能把线条全部敷出，选择了在背面用导线代替，最后由于电位器的封装在ＬＣＤ的下面无法调节分辨率，选择了把电位器重新定位，在面板上重新打了三个孔把电位器脚分别用导线连接再接到了焊盘上。还有排阻因为封装的错误使9引脚接到了VCC上。所以在焊接时就把排阻的头和尾进行了对调。通过这次的设计与实验使自己学到了很多的东西，也提高了对科学的自然兴趣。 参考文献 [1] 《单片机微型计算机原理及应用》 鲍小南等编著 浙江大学出版社 [2] 《.单片机课程设计指导》楼然苗、李光飞编著 .电子工业出版社,2007 [3] 《单片机应用技术.》 吴经国等编著 .中国电力出版社,2000 [4] 《8051单片机实践与应用》 吴金戌 沈庆阳 郭庭青 编著 清华大学出版社 [5] 《单片机原理及应用》 余修武 编著 电子科技大学出版社 [ 6] 《单片机原理及接口技术》 （C51编程）张毅钢 编著 人民邮电出版社