图2-12 正弦波转方波求采样信号周期T
整形后的电流信号输入AVR的输入捕获引脚ICP，通过单片机内部的ICP寄存器读取。由其值与周期值的比值，可计算出相位角，并推断出电压和电流之间的时间关系。其过程可由图2－13所示：
图2-13 采集求相位角的信号
使用本方法可以求得一个采集周期内电网的频率、周期、相位角，并求出电压和电流在时间上的关系。
2.7.2 功率计算
通过前面采集到的交流电压、电流的采样值和功率因数值，由以下方法可以获得系统的视在功率、有功功率和无功功率。
经过电流与电压的采样，可获得电压与电流的有效值：
（） (2-3) （） （2-4）
由公式（2-3）和（2-4）可求得到系统的视在功率：
（2-5） 有功功率和视在功率、功率因数之间的关系：
（2-6）
由公式（2-6）可以求得有功功率：
（2-7）
系统的无功功率Q：
（2-8）
至此，通过单片机获得了交流电压和电流的有效值、电网频率、周期、相位角、功率因数、视在功率、有功功率和无功功率等全部的电力参数。
2.8 温度测量
该系统采用温度传感器为DS18B20，把温度直接转换为数字信号传给单片机，测温范围－55℃～＋125℃，工作电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。DS18B20测温系统具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用接线端口少等优点，单点测温电路如2-14所示。
图2-14 外部供电方式的单点测温电路
要想使DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个DS18B20在温度转换期间工作电流达到1mA，当几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点测温时，只靠4.7k上拉电阻就无法提供足够的能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。为了测温系统稳定可靠，抗干扰能力强，DS18B20采用外部电源供电方式，在外接电源方式下，可以充分发挥DS18B20宽电源电压范围的优点，即使电源电压VCC降到3V时，依然能够保证温度量精度。
在外部电源供电方式下，DS18B20工作电源由VDD引脚接入，此时I/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统，如图2-15所示。在外部供电的方式下，DS18B20的GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85℃。
图2-15 外部供电方式的多点测温电路
DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：
（1）较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果；
（2）当单总线上所挂DS18B20超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题；
（3）连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长；
（4）在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序将会进入死循环。
2.9 过电压保护
过电压对于电源来说是一个非常有害的信号，雷电等引起的瞬时高电压如果不加遏制，直接由电源引入RTU（远程终端设备）则会影响其电源模块的正常工作，使各功能模块的工作电压升高而工作不正常，严重时会损坏模块，烧坏元器件（IC）。
过电压保护的基本原理是在瞬态过程电压发生时（微秒或纳秒级），通过过电压检测电路对这个信号进行检测。过电压检测电路中主要的元件是压敏电阻。压敏电阻相当于很多串并联在一起的双向抑制二极管。电压超过箝位电压时，压敏电阻导通，从输出端输出脉冲信号，通过脉冲信号来驱动保护电路；电压低于箝位电压时，压敏电阻截止，LM393的输出端为零，不执
行保护电路。压敏电阻工作极为迅速，响应时间在纳秒级。过电压检测工作原理图如图2-16所示。
图2-16 过电压检测电路原理图
2.10 漏电保护
图2-17是漏电保护原理图，其中S1是手动开关。在电路正常使用时，零序电流互感器LH二次绕组无输出信号，保护装置不执行动作。当电路发生漏电或人身触电事故时，只要漏电或触电电流达到漏电保护装置的动作电流值时，零序电流互感器二次绕组输出一个信号，使线路中的晶闸管VT1被触发导通，整流桥被短接，使得漏电脱扣器TQ中流过一个较大的电流，脱扣器动作，自动断开电路，切断电源的火线，起到保护作用。
图2-17 漏电保护电路原理图
第三章 人机交互接口设计
在本设计中，除了将信息通过无线电收/发模块传回上位机，在子机上也设置了由键盘组和显示模块组成的人机交互接口以便在现场进行调试和参数的设定，其软件设计及软件流程图如3-1所示。
图3-1 软件流程图
3.1 键盘的设计
系统预留了3×1的按键组进行人机交互。三个按键分别为确认/翻页键和增大、减小待调整参数值键。在应用于智能开关系统可通过键盘实现显示菜单的翻页及电压、电流的上下限值、三相不平衡度等值的设定。
A/D转换的参考电压存在一定温漂，可能出现数据采集系统调校准确，