多功能电参数测量仪的设计
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摘要
本项目所研制的多功能电参数测量仪以 INTEL8031 单片机为核心，采用了交
流采样计算技术，以软件代替了传统仪器中的大量硬件，将多种测量功能集于一
身，用一台仪器就可以测量电流电压真有效值、有功功率、功率因数、频率等参
数。由于采用了计算机技术，仪器可以与上位机方便地进行数据交换。在仪器中，
我们采用了广泛应用的 RS－232 接口与上位机通信，并编制了上位机通信软件，
实现了仪器的远程测量与控制，有利于促进电力系统自动化的实现。
文中论述了该电参数测量仪的工作原理，着重研究了提高测量精度的准同步
采样算法，并讨论了该算法在单片机中应用的几个实际问题。在此基础上，详细
介绍了整个仪器的软硬件开发过程。最后对仪器进行了实验和误差分析，给出了
实验结果和误差分析结果。
The multimeter for electrical parameters is based on Single Chip Microcomputer (Intel 803 1).We adopt alternating sampling and numerical computation technology. Software replaces much hardware that in traditional instrument . We can measure the effective values
of voltage and current,power,frequency by the instrument .The instrument can easily communicate with PC for the use of Microcomputer.In
order to realize remote measuring and control , we adopt RS-232 interface and its correspondent protocol that is widely used.
In this paper,the operation theory is ntroduced.We research the Quasi.synchronous Alternative sampling echnology in detail to improve the precision of the instrument and discuss some problem about the plication of this method .We introduce the develop of hardware and software in the whole instrument .At last ,we sive out the result of experiment and the analyses of error.
流采样计算技术，以软件代替了传统仪器中的大量硬件，将多种测量功能集于一
身，用一台仪器就可以测量电流电压真有效值、有功功率、功率因数、频率等参
数。由于采用了计算机技术，仪器可以与上位机方便地进行数据交换。在仪器中，
我们采用了广泛应用的 RS－232 接口与上位机通信，并编制了上位机通信软件，
实现了仪器的远程测量与控制，有利于促进电力系统自动化的实现。
文中论述了该电参数测量仪的工作原理，着重研究了提高测量精度的准同步
采样算法，并讨论了该算法在单片机中应用的几个实际问题。在此基础上，详细
介绍了整个仪器的软硬件开发过程。最后对仪器进行了实验和误差分析，给出了
实验结果和误差分析结果。
The multimeter for electrical parameters is based on Single Chip Microcomputer (Intel 803 1).We adopt alternating sampling and numerical computation technology. Software replaces much hardware that in traditional instrument . We can measure the effective values
of voltage and current,power,frequency by the instrument .The instrument can easily communicate with PC for the use of Microcomputer.In
order to realize remote measuring and control , we adopt RS-232 interface and its correspondent protocol that is widely used.
In this paper,the operation theory is ntroduced.We research the Quasi.synchronous Alternative sampling echnology in detail to improve the precision of the instrument and discuss some problem about the plication of this method .We introduce the develop of hardware and software in the whole instrument .At last ,we sive out the result of experiment and the analyses of error.
引文
[1] 张志伟，《电测新技术及其发展》，电测与仪表，1997 年 9 期
[2] 赵新民，王祁，《智能仪器设计基础》，哈尔滨工业大学出版社，1999
[3] 赵泰茂，《智能仪器原理及应用》，电子工业出版社，1999
[4] 丁丽娟，《数值计算方法》，北京理工大学出版社，1997
[5] 徐爱钧，彭秀华《单片机高级语言 C51Windows 环境编程与应用》，电子工业
出版社，2001.7
[6]李华等，《MCS－51 系列单片机实用接口技术》，北京航空航天大学出版社，1993
[7]盛新富，戚庆成，《常用电工参数数字化测量中的非同步采样误差》，电工电能
新技术，1998 年第 1 期
[8]戴先中，《准同步采样及其在非正弦功率测量中的应用》，仪器仪表学报，1984，
第 5 卷第 4 期
[9] 戴先中，《准同步采样中的几个理论和实际问题》，仪器仪表学报，1986，第 7
卷第 2 期
[10]李芙英等，《用准同步离散 Fourier 变换实现高准确度谐波分析》，清华大学
学报自然科学版，1999 年第 39 卷第 5 期
[11]周新云，朱湘临，《CX2461 型多功能电力参数测试仪的研制》，江苏理工大学
学报，1995，第 16 卷 2 期
[12]王淑青等，《交流采样测量电量的精度问题及解决方法》，工业仪表与自动化装
置，2000 年第 2 期
[13] 钱伟，许祖安，程肇基，《非正弦波有功功率测量误差公式的研究》，浙江大
学学报（自然科学版），第 28 卷第 6 期
[14]R.S.Turgel , Digital Wattmeter Using a Sampling Method[J],IEEE Trans.IM.1974
[15]陈隆道，王伟华，《周期信号取样非同步度的研究》，电测与仪表，2000 年 6
期
[16]沈国峰，王祁，《进一步提高准同步采样谐波分析法准确度的方案》，仪器仪表
学报，2001 年第 22 卷第 5 期
[17]黄纯等，《交流采样同步方法的分析与改进》，中国电机工程学报，2002 年第
22 卷第 9 期
[18]黄文诚，《参数自寻优等间隔同步采样法》，电测与仪表，1999 年 11 期
[19]潘文，《准同步采样方法应用中的几个问题》，电测与仪表，1990 年第 27 卷 6
期，第 6 页
46 多功能电参数测量仪
[20]马宏忠，胡生，《软件实现同步采样的误差分析》电工技术学报，1996（1），
43－47 页
[21] 陈隆道，《工频信号取样方法分析》，电测与仪表，1994（5）
[22]C.H.DIX Calculated performance of a digital sampling wattmeter using
systemmetic sampling IEEE proc-A 1982(3)
[23] 许遐，《非正弦波形测量的同步采样技术》，电测与仪表，1988 年第 7 期
[24] Backmutsky V，Zmudikov V，Agizim A，et al. New DSP method for precise
dynamic measurement of theactual power-line frequency and its data acquisition
applications，measurement. Journal of the International Measurement Confederation，
1996，18(3): 169～176
[25] 戴先中，《准同步采样应用中的若干问题》，电测与仪表，1988 年第 2 期
[2] 赵新民，王祁，《智能仪器设计基础》，哈尔滨工业大学出版社，1999
[3] 赵泰茂，《智能仪器原理及应用》，电子工业出版社，1999
[4] 丁丽娟，《数值计算方法》，北京理工大学出版社，1997
[5] 徐爱钧，彭秀华《单片机高级语言 C51Windows 环境编程与应用》，电子工业
出版社，2001.7
[6]李华等，《MCS－51 系列单片机实用接口技术》，北京航空航天大学出版社，1993
[7]盛新富，戚庆成，《常用电工参数数字化测量中的非同步采样误差》，电工电能
新技术，1998 年第 1 期
[8]戴先中，《准同步采样及其在非正弦功率测量中的应用》，仪器仪表学报，1984，
第 5 卷第 4 期
[9] 戴先中，《准同步采样中的几个理论和实际问题》，仪器仪表学报，1986，第 7
卷第 2 期
[10]李芙英等，《用准同步离散 Fourier 变换实现高准确度谐波分析》，清华大学
学报自然科学版，1999 年第 39 卷第 5 期
[11]周新云，朱湘临，《CX2461 型多功能电力参数测试仪的研制》，江苏理工大学
学报，1995，第 16 卷 2 期
[12]王淑青等，《交流采样测量电量的精度问题及解决方法》，工业仪表与自动化装
置，2000 年第 2 期
[13] 钱伟，许祖安，程肇基，《非正弦波有功功率测量误差公式的研究》，浙江大
学学报（自然科学版），第 28 卷第 6 期
[14]R.S.Turgel , Digital Wattmeter Using a Sampling Method[J],IEEE Trans.IM.1974
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期
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学报，2001 年第 22 卷第 5 期
[17]黄纯等，《交流采样同步方法的分析与改进》，中国电机工程学报，2002 年第
22 卷第 9 期
[18]黄文诚，《参数自寻优等间隔同步采样法》，电测与仪表，1999 年 11 期
[19]潘文，《准同步采样方法应用中的几个问题》，电测与仪表，1990 年第 27 卷 6
期，第 6 页
46 多功能电参数测量仪
[20]马宏忠，胡生，《软件实现同步采样的误差分析》电工技术学报，1996（1），
43－47 页
[21] 陈隆道，《工频信号取样方法分析》，电测与仪表，1994（5）
[22]C.H.DIX Calculated performance of a digital sampling wattmeter using
systemmetic sampling IEEE proc-A 1982(3)
[23] 许遐，《非正弦波形测量的同步采样技术》，电测与仪表，1988 年第 7 期
[24] Backmutsky V，Zmudikov V，Agizim A，et al. New DSP method for precise
dynamic measurement of theactual power-line frequency and its data acquisition
applications，measurement. Journal of the International Measurement Confederation，
1996，18(3): 169～176
[25] 戴先中，《准同步采样应用中的若干问题》，电测与仪表，1988 年第 2 期