资深网友帮你分析：2017全国大学生电子设计竞赛K题
8月9日，2017年全国大学生电子设计竞赛在全国31个赛区同时开幕。本届比赛有来自全国千余所院校、共4万余名学生报名参加，命题涵盖了从基础到综合应用等多个领域。下面由论坛资深网友帮你分析本次竞赛K题：
我提一点自己看法，可能有说错，所以仅供参考。
这个题目感觉是弱化的交流电参数测量仪，清单里面也有提到单相电参数测量仪。
电参数测量仪能够测量电压、电流、有功功率、功率因数、相位差(相位角与超前滞后)，频率、无功功率，视在功率等等。
电参数测量仪的升级版本，叫做功率计，更高级的，叫做功率分析仪。有许多厂家做这种东西，国内致远做得很好，也有相应说明书。不过，我个人觉得日本横河的说明书比较好，附录部分的知识讲得详细，手册官网有下载。
回归正题，这是一个弱化的电参数测量仪，测量图如下图1所示。（要注意用电安全，可以的话，让电流表处于零线上）
图1 测量示意图
电压220V已经确定，而且频率只有50Hz。所以需要重点考虑的就是电流测量。要知道，类似的电能计量芯片也是很多的，多年前电竞也出过电参数测量仪的题目，记得那时很多人用电能计量芯片做。
所以，基本要求里面说要用电阻自制一件可识别的最小电流电器，杜绝电能计量芯片的使用。
这个电阻阻值一定是毫欧级别的，最好采用开尔文四线检测的方式得到电压，将这个电压经过运算放大，偏置，滤波，输入AD，得到电压采样值。
最好设置几个档位切换放大倍数，0.005~10A可以分好几档了，不过题目中貌似没有精度要求。放大倍数，根据选用阻值而自行设计。
图2 开尔文连接
电流经过采样电阻R得到的电压,不受线阻的影响。电压测量，220V，经过分压（分压阻抗要高，1M~2M），然后对分压得到的电压，放大，偏置，滤波，输入AD。
分压比与放大系数，自行设计，能够测量220V电压就好。
综上所述，我们就能够采样到电压、电流。如果可以的话，设计比较器，测量220V电压的频率，虽然我们知道市电频率是50Hz。
实际用电器，不可能是单纯的阻性，一般是感性负载或者容性负载，如图3所示。
图3 负载与相位角
图中所示，φ（读phi）就是相位角。
接下来我告诉大家一堆公式，具体怎么推，邱关源的电路与高等数学上都有说。
如果有好的AD，能够同时采样并处理电压、电流采样信号，那么就能得到上述的值。准确地说，测出电压有效值、电流有效值、有功功率值就能得打其他值。
这是数字分析的办法，写程序会有一定难度，不过是可行的，我以前写过。
如果用硬件的办法，在处理电压、电流信号的时候，没有偏置的处理，直接将得到的电压值经过运算放大、滤波(滤波去噪声)、滤波（滤波成直流），接入AD测量。
至于有功功率，用一个乘法器，然后运算放大、滤波(滤波去噪声)、滤波（滤波成直流），接入AD测量。
这样不知道可不可行。
相位角的超前、滞后判断，用数字分析的办法，对基波进行傅里叶分析可以判断出来(正交法)。用硬件的话，比较器呀。
假设以上可行，能够测量到电压、电流、有功功率，相位角，功率因数。
每个负载的这些参数都是不一样，相当于各自的特征。叠加起来也是有一定规律的，甚至可以进行计算。用电器的类别和状态就能够进行判断。
最后，要注意安全，这是220V交流电，不要带电操作。
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