3.2.7测量部分的总体电路图
总体设计原理图：
3.2.8 测量模块主要元器件介绍
该部分主要元器件有电压互感器，电流互感器，LM393，双D触发器CD4013，89C51，4位LED数显管。以及相关电容电阻。
电压互感器：
电压互感器实际上是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁心中就产生一个磁通φ，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备，但它的电磁结构关系与电流互感器相比正好相反。电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次
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电流的大小由回路的阻抗决定。当二次负载阻抗减小时，二次电流增大，使得一次电流自动增大一个分量来满足一、二次侧之间的电磁平衡关系。可以说，电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。本设计中电压互感器主要用于将强电的电压信号的幅值降低到一定的程度，以便于之后对电压信号的提取。
电流互感器：
在测量交变电流的大电流时,为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流（我国规定电流互感器的二次额定为5A），另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用，电流互感器就是升压(降流)变压器. 它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器，电流互感器将高电流按比例转换成低电流，电流互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。1次侧只有1到几匝，导线截面积大，串入被测电路。2次侧匝数多,导线细,与阻抗较小的仪表(电流表/功率表的电流线圈)构成闭路。
电流互感器的运行情况相当于2次侧短路的变压器，一般选择很低的磁密(0.08-0.1T),并忽略励磁电流，则I1/I2=N2/N1=k。电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比，叫实际电流比。本设计中电流互感器主要用于将大电流信号的按比例转换成地一定幅值的电流降，以便于之后对电流信号的提取。
LM393：
LM393为双电压比较器，LM393系列有两个电压指标抵达2.0的独立精密电压比较器构成。LM393产品采用单电源操作设计，且使用电压范围广。LM393产品也可采用分离式电源，低电耗不受电源电压值影响。LM393还有一个特点是，即使是在单电源操作时，其输入共模电压范围也包括接地。LM393系列可直接与TTL以及成 CMOS逻辑电路接口。无论是正电源还是负电源操作，当低电耗比标准比较器的优势明显时，LM393系列便于标准CMOS逻辑电路直接接口。LM393工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：2～36V，双电源:±1～±18V；
消耗电流小，Icc=0.8mA； 输入失调电压小，VIO=±2mV；
共模输入电压范围宽，Vic=0～Vcc-1.5V； 输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容； 输出可以用开路集电极连接“或”门；
本设计中，采用LM393构成一个过零比较器，将交流电压信号，交流电流信号的波形通过过零比较器后达到整形的目的，得到便于处理的方波信号。
双D触发器CD4013：
触发器可用来储存一位的数据。通过将若干个触发器连接在一起可储存多位元的数据，它们可用来表示时序器的状态、计数器的值、电脑记忆体中的ASCII码或其他资料。CD4013是双上升沿D触发器，对于上升沿触发D触发器来说，其输出Q只在CLOCK由L到H的转换时刻才会跟随输入D的状态而变化，其他时候Q则维持不变。图1显示了上升沿触发D触发器的时序图，表1则是其真值表。
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上升沿触发D触发器的时序图
D触发器的真值表
在本设计中，经由D触发器CD4013 组
成的0°～ 360°相位检测电路后,得到一组互补的相 位信号,且输出的脉冲信号不受输入信
号幅度的影响. 输出信号Q 的宽度τ反映了两信号 U和I之间的相位差,
总结89C51:
89C5单片机是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，89C51单片机与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51单片机是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
89C51单片机主要特性： 2与MCS-51 兼容
24K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 2全静态工作：0Hz-24Hz 2三级程序存储器锁定 2128*8位内部RAM 232可编程I/O线
2两个16位定时器/计数器
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25个中断源
2可编程串行通道
2低功耗的闲置和掉电模式 2片内振荡器和时钟电路
本设计中使用89C51作为核心控制器，,可利用8031 单片机的T0 ,T1分别测出τ,τ′,T0 用于计Q 为高电平的脉冲时间τ,T1 用于计Q为高电平的脉冲时间τ′,为测量准确起见,连计m 个脉宽,取其平均值;将它们置于工作方式1 (16 位定时器) ,门控位GATEo 和GATE1 置1. 当U过零变正时,由INT0 和INT1 控制计数器T0 ,T1 对τ,τ′进行计数,通过检测INT0 端的状态来保证计数器与相位信号同步工作。为测量准确起见,连计m 个脉宽,取其平均值;INT0 为计数工作方式,初值赋m . 测量时,当m 个脉冲来完以后,OUT2 输出高电平经非门送至8031 中断端子INT1 ,此时由8031 分别读出T0 和T1 的值N 和M ,φ=τ22π/τ+τ′=N 22π/N + M,从而求得功率因数cosφ的值
3位LED数码管：
是一种数码显示器件，可以显示0~9和一些字符。led数码管根据led的接法不同分为共阴和共阳两类，了解led的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。将多只led的阴极连在一起即为共阴式，而将多只led的阳极连在一起即为共阳式。以共阴式为例，如把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。当然，led的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。假如我们将\和\段接上正电源，其它端接地或悬空，那么\和\段发光，此时，数码管显示将显示数字“1”。而将\、\、\、\和\段都接上正电源，其它引脚悬空，此时数码管将显示“2”。
3.3功率因数表控制电路设计
3.3．1控制模块的总体电路图
该部分主要是通过GLC电路中，改变电容的大小，从而得到不同的阻抗，并联到电网中，是电网中的电流与电压的相位关系发生相应的改变，从得达到控制功率因数的目的。在本设计中，由于考虑到实际的一些问题，本设计中的控制部分只是达到显示当要求达到一定的功率因数值时所需要并入电网中的电容的大小。
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