電能質(zhì)量監(jiān)測裝置

1、(一)立項依據(jù)項目的研究意義與科學(xué)依據(jù)隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電能已經(jīng)成為人類社會用途最 為廣泛的、不可或缺的重要能源，各行各業(yè)對電能質(zhì)量的要求也越來越高。然而 隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，尤其是非線性負(fù)荷大量投入使用，使 得電力系統(tǒng)的諧波污染越來越嚴(yán)重。由于電力系統(tǒng)負(fù)荷中具有非線性、沖擊性以及不平衡等用電特征，如：煉鋼、 軋鋼、化工、電氣鐵路、電力電子設(shè)備等負(fù)荷，使電網(wǎng)的電壓、電流波形發(fā)生畸 變、諧波含量加大、電壓產(chǎn)生波動和閃變、電壓驟降以及三相不平衡等電力污染 問題，嚴(yán)重影響了供電質(zhì)量。根據(jù)發(fā)達(dá)工業(yè)國家電力部門的統(tǒng)計資料顯示，頻繁 發(fā)生的電力運(yùn)行事故、輸配電設(shè)備和

2、電器損壞事故，其主要原因是電力污染。電 力污染導(dǎo)致電能的生產(chǎn)、傳輸和使用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、振動和絕緣 損壞，引起繼電保護(hù)和自動裝置誤動作，使電能計量設(shè)備出現(xiàn)偏差。對供電質(zhì)量 及可靠性的要求日益提高是和用戶的工藝過程水平的發(fā)展相聯(lián)系的，近代科技進(jìn) 步又促進(jìn)了生產(chǎn)過程的自動化和智能化，于是對電能質(zhì)量提出了更高更新的要 求。一個計算中心失去電源2s就可能破壞幾十小時的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，甚至上百萬 元的經(jīng)濟(jì)損失。在大型機(jī)器制造廠，0.1s的電壓突降就可能造成異常的生產(chǎn)狀況， 導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量受損。當(dāng)今自動化設(shè)備控制的連續(xù)精加工生產(chǎn)線，它們對配電系統(tǒng) 中的干擾異常敏感，幾分之一秒的不正常供電就可能在工

3、廠內(nèi)部造成混亂，其損 失是難以估量的。這些用戶對不合格電能的容忍度可嚴(yán)格到只有12周波。現(xiàn)代 化的商貿(mào)中心、銀行、醫(yī)院也是如此。諧波的嚴(yán)重危害及其造成的損失經(jīng)常被人 們所提及，而無人值守變電站中計算機(jī)系統(tǒng)突然出現(xiàn)的死機(jī)現(xiàn)象，大多屬于電能 質(zhì)量的問題。因此建立完備的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)顯得尤為重要。發(fā)達(dá)工業(yè)國家近年來對于電力污染問題非常重視，建立了完整的檢測監(jiān)督和 管理制度。在我國，雖然總體經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平還比較落后，但在部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地 區(qū)電能質(zhì)量問題已比較突出。而且由于各種原因，在供電可靠性和電網(wǎng)電壓幅度 的穩(wěn)定水平等指標(biāo)上，我國還處于比較落后的狀態(tài)。如何提高和保證電能質(zhì)量， 已成為國內(nèi)外電工領(lǐng)域迫

4、切需要解決的重要課題之一。而建立和實(shí)施電能質(zhì)量綜 合監(jiān)測系統(tǒng)是提高電能質(zhì)量的一個重要技術(shù)手段。國際上，許多發(fā)達(dá)國家和地區(qū) 已就此課題作了大量的研究，并取得了重大研究成果。如美國、加拿大等均進(jìn)行 了全國范圍的電能質(zhì)量的監(jiān)測和調(diào)查研究，對配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況和電能質(zhì)量的 提高和改善具有重要的意義。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢分析目前，國內(nèi)外電能質(zhì)量監(jiān)測裝置種類非常繁多，就其性能來說，可以分為高、 中、低三檔。國外對電能質(zhì)量研究起步較早，目前有關(guān)電能質(zhì)量的研究已經(jīng)取得 了很多成果，特別是在高檔產(chǎn)品領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。國外高檔電能質(zhì)量監(jiān)測裝置 的特點(diǎn)突出表現(xiàn)在功能豐富和精度高兩個方面，如美國的FLUKE公司、加拿

5、大電 力測量公司(Power Measurement Ltd)、瑞典聯(lián)合電力公司(Unipower)、美國EIG 公司等生產(chǎn)的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置具有檢測精度高、檢測指標(biāo)多、功能豐富等特點(diǎn)。 其中Fluke 430系列電能質(zhì)量分析儀，其基本電力參數(shù)測量有電壓、電流、頻率、 有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)等；電能質(zhì)量參數(shù)測量有電壓和電流 50次諧波和間諧波、THD(總諧波失真)、功率諧波及諧波方向、閃變分析(瞬時閃 變、短時閃變、長時閃變)、電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡度等，能檢 測目前幾乎所有的電力和電能質(zhì)量參數(shù)，基本精度達(dá)0.1%。在國內(nèi)，目前電能質(zhì) 量中的某些問題已經(jīng)成為電工領(lǐng)域

6、的前沿性課題，吸引了眾多高校和科研院所的 一大批科技人員投入其中進(jìn)行研究，成果也很顯著。在檢測和應(yīng)用儀表開發(fā)方面， 國內(nèi)正進(jìn)入一個蓬勃的發(fā)展時期。硬件方面有基于單片機(jī)的、基于DSP的、基于 ARM系統(tǒng)等。軟件方面有基于LABVIEW的、基于CAN總線的、基于WEB技術(shù)等。迄今 為止，國內(nèi)生產(chǎn)電能質(zhì)量監(jiān)測儀水平較高的廠家有深圳領(lǐng)步科技有限公司、上海 寶鋼安大電能質(zhì)量有限公司、安徽振興科技股份有限公司、保定方長電子有限公 司、長沙威盛電子有限公司等。他們生產(chǎn)的電能質(zhì)量監(jiān)測儀產(chǎn)品在一定程度上代 表著我國電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的先進(jìn)水平。但是由于我國在電能質(zhì)量研究上起步相 對較晚，使用的電能質(zhì)量測量裝置功能

7、單一，只能實(shí)現(xiàn)對某種電能質(zhì)量指標(biāo)的測 量，實(shí)時性差，多數(shù)不具備綜合測量、分析、判斷功能。隨著電力系統(tǒng)運(yùn)行管理 的系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化和智能化，對電能質(zhì)量產(chǎn)品提出了更高的要求，以適 應(yīng)現(xiàn)代化電能管理的需求。研究意義專用電能質(zhì)量分析設(shè)備功能雖強(qiáng)，但成本偏高，不適合大量應(yīng)用的場合；手 持式和便攜式設(shè)備畢竟是一種臨時的故障診斷、排錯和評估設(shè)備，而且實(shí)時性指 標(biāo)也不一定滿足要求。本文就是以這種需求為前提，提出了研究一種基于TI公司 TMS320C5410A芯片的電能質(zhì)量監(jiān)測儀。該裝置以電能質(zhì)量監(jiān)測發(fā)展的最新趨勢為 出發(fā)點(diǎn)，采用14位A/D采樣芯片MAXl25作實(shí)時采樣，提高了系統(tǒng)的可靠性和性價 比。同

8、時以數(shù)字信號處理技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，采用更靈活、更準(zhǔn)確的數(shù)字信號處理算 法程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提高系統(tǒng)參數(shù)計算效率，使電能質(zhì)量監(jiān)測符合數(shù)字化技術(shù) 發(fā)展的需要。本設(shè)計中采用的信號處理技術(shù)包括：快速傅里葉變換、各種數(shù)字濾 波技術(shù)等。通過這些數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，本監(jiān)測儀能夠比較準(zhǔn)確計算出電壓和電流 的有效值、電壓頻率、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、250次諧 波電壓和電流含有率等電力參數(shù)指標(biāo)，并對參數(shù)異常情況進(jìn)行記錄處理。同時可 根據(jù)不同需求應(yīng)用于低壓開關(guān)柜、配電房及電能綜合管理系統(tǒng)、工廠能源管理系 統(tǒng)和分布式綜合電力參數(shù)采集、控制系統(tǒng)，能夠單獨(dú)工作，具有較高的精度；也 能夠相互問實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)測量，形成一

9、個大型測量網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)單個難以實(shí)現(xiàn)的功能。 因此本監(jiān)測儀的開發(fā)具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。參考文獻(xiàn)【1】肖國春，劉進(jìn)軍，王兆安.電能質(zhì)量及其控制技術(shù)的研究進(jìn)展【J】.電力電子技 術(shù)，2000，(6)： 5860.【2】段成剛等.新型在線實(shí)時電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備的設(shè)計【J】.電網(wǎng)技術(shù)，2004, 28(2)： 60-63.【3】薛蕙，楊仁剛.基于FFT的高精度諧波檢測算法【J】.中國電機(jī)工程學(xué)報，2002, 22(12)： 106.110.【4】FFT Library. Module User s Guide C24x Foundation SofiwareDB/ OL， Texas Instruments

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17、005，27（1）： 73. 75.【30】程顯蒙.基于GPRS的遠(yuǎn)程電壓監(jiān)測系統(tǒng)研究與設(shè)計【D】.西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論 文，2008.【31】高志強(qiáng).基于GPRS的配電變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計【D】.山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論 文，2007.【32】張雄偉，陳亮，徐光輝.DS（二）研究內(nèi)容及研究目標(biāo)隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電能已經(jīng)成為人類社會用途最 為廣泛的、不可或缺的重要能源，各行各業(yè)對電能質(zhì)量的要求也越來越高。然而 隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，尤其是非線性負(fù)荷大量投入使用，使 得電力系統(tǒng)的諧波污染越來越嚴(yán)型。由于電力系統(tǒng)負(fù)荷中具有非線性、沖擊性以及不平衡等用電特征，

18、如：煉鋼、軋 鋼、化工、電氣鐵路、電力電子設(shè)備等負(fù)荷，使電網(wǎng)的電壓、電流波形發(fā)生畸變、 諧波含量加大、電壓產(chǎn)生波動和閃變、電壓驟降以及三相不平衡等電力污染問題， 嚴(yán)重影響了供電質(zhì)量。根據(jù)發(fā)達(dá)工業(yè)國家電力部門的統(tǒng)計資料顯示，頻繁發(fā)生的 電力運(yùn)行事故、輸配電設(shè)備和電器損壞事故，其主要原因是電力污染。電力污染 導(dǎo)致電能的生產(chǎn)、傳輸和使用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、振動和絕緣損壞， 引起繼電保護(hù)和自動裝置誤動作，使電能計量設(shè)備出現(xiàn)偏差。發(fā)達(dá)工業(yè)國家近年來對于電力污染問題非常重視，建立了完整的檢測監(jiān)督和 管理制度。在我國，雖然總體經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平還比較落后，但在部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地 區(qū)電能質(zhì)量問題已比較突出。而

19、且由于各種原因，在供電可靠性和電網(wǎng)電壓幅度 的穩(wěn)定水平等指標(biāo)上，我國還處于比較落后的狀態(tài)。如何提高和保證電能質(zhì)量， 已成為國內(nèi)外電工領(lǐng)域迫切需要解決的重要課題之一。而建立和實(shí)施電能質(zhì)量綜 合監(jiān)測系統(tǒng)是提高電能質(zhì)量的一個重要技術(shù)手段121。國際上，許多發(fā)達(dá)國家和 地區(qū)已就此課題作了大量的研究，并取得了重大研究成果。如美國、加拿大等均 進(jìn)行了全國范圍的電能質(zhì)量的監(jiān)測和調(diào)查研究，對配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況和電能質(zhì) 量的提高和改善具有重要的意義。（三）研究內(nèi)容1、系統(tǒng)概述本系統(tǒng)采用DSP矛IICPLD相結(jié)合，設(shè)計開發(fā)了一種基于DSP的多功能電能質(zhì) 量監(jiān)測儀。該儀器能夠用來測量三相電壓、電流的有效值以及各次諧

20、波分量，此 外還可以測量電壓頻率、三相不平衡度、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等。此外系統(tǒng)擴(kuò)展了RS232 / 485本地通訊接口和GPRS通信接口，可通過GPRS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程 通信，這些擴(kuò)展的通信接口可以方便開發(fā)上位機(jī)數(shù)據(jù)庫管理軟件和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān) 控。系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)以下幾個部分：電能質(zhì)量測量，詳細(xì)討論了FFTJ,皆波分析方 法；系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，包抑SP最小系統(tǒng)、信號調(diào)理電路、頻率捕捉電路、A /D采樣電路、數(shù)據(jù)存儲電路、CPLD內(nèi)部邏輯電路及通訊接口電路等；DSP程序設(shè) 計，包括AD采樣程序、FFT程序、鍵控及顯示程序、數(shù)據(jù)存儲程序、通信接口程 序等；最后對系統(tǒng)進(jìn)行了硬件測試和軟件測試，并對測試結(jié)

21、果進(jìn)行分析。本系統(tǒng)具有很高的測量速度和檢測精度，功能齊全，擴(kuò)展性好，具有廣闊的 應(yīng)用前景和實(shí)用價值。2、系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)以TMS320F2812為核心，構(gòu)建DSP最小系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展外部SRAM和FLASH，組成系統(tǒng)的核心板。外圍設(shè)備擴(kuò)展了信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電 路、時鐘電路、按鍵液晶顯示電路、RS232 / 485通信電路、GPRS模塊、CPLD邏輯 控制單元等，實(shí)現(xiàn)對三相電壓、電流的采集、處理、顯示等功能。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 圖如下圖所示。信號謁理AA/DMAX 125LCD顯示實(shí)時時鐘GPRS模塊RS232/485FLASHSRAMSD卡再經(jīng)過p，TMS32OF2812 DSP三相

22、交流電經(jīng)過電壓J過零比較T個電流涂感器轉(zhuǎn)換為是安級的電流成為.4. 5V+4. 5V左右的正弦電壓信號，然后送抗混疊低通濾波器濾去高頻分 量，經(jīng)過AD采樣轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字量，由CPLD電平轉(zhuǎn)換后送DSP進(jìn)行FFT運(yùn)算，得到各種電網(wǎng)參數(shù)，最后保存數(shù)據(jù)并刷新LCD顯示。3 DSP最小系統(tǒng)設(shè)計最小系統(tǒng)是使DSP能正常工作的最基本的系統(tǒng)。本系統(tǒng)中的DSP最小系統(tǒng)是以 TMS320F2812為核心，外圍擴(kuò)展SRAM和FLASH,電源電路，時鐘電路和仿真接口等。3. 1電源電路設(shè)計電源電路為整個系統(tǒng)的所有芯片提供電源管理。電源電路不僅要滿足各個功 能模塊所使用芯片的電平要求，還應(yīng)當(dāng)有足夠的功率驅(qū)動系統(tǒng)上所有

23、的芯片組。 由于TMS320F2812的I / O電平為3. 3V,內(nèi)核工作電壓為1. 8V,所以需要用兩種 電平供電。這里使用了口公司推出的TPS767D318電源芯片給DSP供電TPS767D318 為雙路低壓差電源調(diào)整器，內(nèi)部有兩個電壓轉(zhuǎn)換器，能夠同時輸出兩路轉(zhuǎn)換電壓， 分別為3. 3V和1. 8V，且芯片的最大輸出電流都可達(dá)到1A左右，完全可以滿足系 統(tǒng)的要求。3. 2復(fù)位電路設(shè)計TMS320F2812內(nèi)部自帶復(fù)位電路，通過接口 XRS低電平復(fù)位。本設(shè)計中采用按 鍵手動復(fù)位，在調(diào)試過程中非常的方便。3. 3時鐘電路設(shè)計鎖相環(huán)是一種用來控制晶振并使其相對于參考信號保持恒定的電路，在數(shù)字

24、通信系統(tǒng)中使用比較廣泛。目前微處理器或DSP集成的片上鎖相環(huán)，主要作用是 通過軟件實(shí)時的配置片上外設(shè)時鐘，提高系統(tǒng)的靈活性和可靠性。此外，由于采 用軟件可編程鎖相環(huán)，所以系統(tǒng)處理器片外允許較低的工作頻率，而片內(nèi)經(jīng)過鎖 相環(huán)為微處理器提供較高的系統(tǒng)時鐘。這種設(shè)計可以有效的降低系統(tǒng)對外設(shè)時鐘 的依賴和電磁干擾，提高系統(tǒng)啟動和運(yùn)行的可靠性，降低系統(tǒng)對硬件的設(shè)計要求。TMS320F2812處理器的片上晶振和鎖相環(huán)模塊為內(nèi)核及外設(shè)提供時鐘信號， 并且控制器件的低功耗工作模式。片上晶振模塊允許使用兩種方式為器件提供時 鐘，即采用內(nèi)部振蕩器或外部時鐘源。如果使用內(nèi)部振蕩器，必須在X1 / XCLKIN 和X

25、2這兩個引腳之間連接一個石英品體，一般是30MHz。如果采用外部時鐘，可 以將輸入的時鐘信號直接接到X1 / XCLKIN引腳上，而X2懸空，不使用內(nèi)部振蕩器。本設(shè)計采用了一個有源晶體振蕩器，供電電壓3. 3V，時鐘頻率為30MHz， 經(jīng)過PLL倍頻之后作為DSP的時鐘頻率。3. 4外部存儲器擴(kuò)展存儲器接口負(fù)責(zé)將CPU訪問存儲器邏輯控制單元同存儲器、外設(shè)以及其他接 口連接起來。存儲器接口包含獨(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總線，因此在一個周期內(nèi)CPU能 夠同時訪問程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。該接口還包含存儲器訪問需要的各種控制 信號（如讀、寫信號等），通過這些信號控制存儲器或外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸TMS320F2812

26、處理器的外部接口（XINTF）映射到5個獨(dú)立的存儲空間，分別為Zone0、Zonel、 Zone2、Zone6和Zone7。當(dāng)訪問相應(yīng)的存儲空間時，會產(chǎn)生一個片選信號。每個 空間都可以獨(dú)立的設(shè)置訪問等待、選擇、建立以及保持時間，同時還可以使用 XREADY信號來控制外設(shè)的訪問。在進(jìn)行三相交流電參數(shù)處理時，由于算法比較復(fù)雜，需要大量數(shù)據(jù)運(yùn)算，同 時系統(tǒng)需要存儲一些重要參數(shù)，為了滿足系統(tǒng)對大存儲空間的需要，本系統(tǒng)利用 Zone2擴(kuò)展了一塊512Kxl6bit的FLASH芯片MBM29LV800，用于存放DSP信號處理過 程中大量的中間數(shù)據(jù)和電壓、電流、功率、諧波等參數(shù)。在程序調(diào)試過程中，由 于程序

27、代碼較大，DSP內(nèi)部空間不夠，系統(tǒng)為了方便利用Zone6擴(kuò)展了 128Kxl6bit 的SRAM，用于程序代碼的調(diào)試。3. 5信號調(diào)理電路設(shè)計三相交流信號在AD轉(zhuǎn)換之前需進(jìn)行抗混疊低通濾波，。主要作用是濾掉信號 的高頻部分。根據(jù)采樣定理采樣頻率.正必須大于等于采樣信號最高頻率廠的兩 倍，這樣才不會產(chǎn)生混疊。為了達(dá)到這一目的，一般可以在電路中設(shè)計一個低通 濾波器，對采樣信號進(jìn)行預(yù)處理，將頻率分量大于0. 5 f的高頻部分濾掉。本系統(tǒng)最大需要檢測50次諧波，所以采樣頻率必須大于5000Hz。為了便于采 樣后做FFT變換，本文一個周期采樣256點(diǎn)，即12. 8KHz，只需將低通濾波器的截 止頻率定為

28、6. 4KHz。采用二階無限增益多路反饋型低通濾波器，這是一種非常 通用、具有倒相增益形式的濾波器，其優(yōu)點(diǎn)是所用網(wǎng)絡(luò)元件少，特性穩(wěn)定，輸出 阻抗低。36頻率捕捉電路（1）頻率捕捉在使用FFT計算各次諧波時，為了盡可能的提高計算精度和減少頻譜泄漏誤 差，需要進(jìn)行同步采樣，因此頻率測量的精確度將直接影響到計算結(jié)果誤差的大 小。一般方法是將輸入信號經(jīng)整形后，再通過鎖相環(huán)倍頻對產(chǎn)生的脈沖序列信號 離散化實(shí)現(xiàn)同步采樣。但是采用這種方法會增加硬件的投入和硬件系統(tǒng)的復(fù)雜程 度，由于本文所使用的DSP芯片具有脈沖邊沿捕獲功能，因此可以很容易利用該 功能實(shí)現(xiàn)頻率的精確測量和軟件同步采樣。交流信號經(jīng)過抗混疊低通濾

29、波后，由 一個電壓跟隨電路對信號進(jìn)行保持，然后送給密特觸發(fā)器整形得到方波。DSP 內(nèi)部事件管理器（E啪）共有6個捕獲單元，每一個捕獲單元對應(yīng)一個捕獲輸入引 腳，通過對捕獲單元控制寄存器的設(shè)置，可以配置捕獲引腳檢測上升沿、下降沿、 上升下降沿三種電平的變化，利用通用定時器作為檢測的時基，用戶可以讀取捕 獲單元的先進(jìn)先出寄存器（CAPFIFOx）來確定兩次捕獲跳變的時間，即信號周期T， 從而確定捕獲信號的頻率。（2）軟件同步采樣計算出信號周期T后根據(jù)采樣點(diǎn)數(shù)（256點(diǎn)）算出采樣周期Ts，用Ts對信號進(jìn)行 采樣即可。以后每次采樣之前均重復(fù)上述過程。3. 7 A/D采樣電路設(shè)計MAX125是MAXIM

30、公司推出的一種高速、多通道、14位模.數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。該芯 片內(nèi)部帶有一個14位、轉(zhuǎn)換時間為3ps的逐次逼近型模.數(shù)轉(zhuǎn)換電路（ADC），4x 14 位的RAM，可保存4路采樣數(shù)據(jù)。片內(nèi)還有4個采樣/保持電路，每個采樣/保持 電路的輸入對應(yīng)一個2選l模擬輸入（共有8個模擬輸入通道，4個為一組，分為A 和B兩組），輸出經(jīng)4選1開關(guān)到A/D轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)首先同步采集A相電壓、電流，B相電壓、電流這4路信號，轉(zhuǎn)換結(jié)束 后，MAXl25產(chǎn)生一個中斷信號給DSP，DSP讀取4路采樣值并發(fā)控制字給MAXl25， 使其選擇C相電壓、電流進(jìn)行采樣。其中MAXl25與DSP之問的數(shù)據(jù)傳輸由CPLD控制。3. 8實(shí)時時

31、鐘電路設(shè)計本文使用了高精度實(shí)時時鐘SD2000作為外部時鐘芯片，該芯片內(nèi)置晶振、支持12C 總線接口，可保證時鐘精度為士4ppm（在25土 1C下），即年誤差小于2分鐘；內(nèi)置 電池、串行NVSRAM，其中內(nèi)置一次性電池可保證在外部掉電情況下時鐘使用壽命 超過五年，內(nèi)置充電電池在一次充滿情況下可保證內(nèi)部時鐘運(yùn)行時間超過一年以 上（可滿充200次）；內(nèi)置串行NVSRAM為非易失性SRAM，擦寫次數(shù)可達(dá)100億次。由 于其內(nèi)置非易失性SRAM，因此可以用作掉電保護(hù)及初始化配置信息的存放，除此 之外還可以存儲50多條掉電和上電記錄。9液晶顯示電路液晶顯示電路本設(shè)計選用的LCD是由T6963芯片控制的O

32、 CMl60 x128圖形點(diǎn)陣液品顯示模塊， 可以顯示圖形及整屏10 x8個漢字，還能夠?qū)⒆址蛨D像混合顯示，功能強(qiáng)大。該 模塊采用單電源(+5V)供電，不需要外接其他電壓，給硬件設(shè)計帶來很大的方便。 OCM160X128圖形點(diǎn)陣液品顯示模塊內(nèi)含控制器T6963,它的最大特點(diǎn)是具有獨(dú)特 的硬件初始化功能，由于顯示驅(qū)動所需要的參數(shù)均由引腳電平來設(shè)置，因此T6963 的初始化在上電的時候就已經(jīng)基本設(shè)置完成。除此之外，它還具有很強(qiáng)的軟件控 制能力，由主控CPU通過接口寫入液晶模塊的指令來實(shí)現(xiàn)模塊控制。4、軟件總體設(shè)計系統(tǒng)程序流程圖如圖4. 1所示，本系統(tǒng)是基于DSP的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)， 其主要監(jiān)測的

33、指標(biāo)有：三相電壓、電流有效值，有功、無功功率，電壓頻率， 三相不平衡度，各次諧波電壓、電流含有率，功率因素，電壓、頻率偏差，電 壓波動及閃變。同時系統(tǒng)具有記錄保存斷電時間，LCD及鍵控的人機(jī)交互界面， FLASH及SD卡的數(shù)據(jù)存儲，UART串行通信以及GPRS通信等功能。(1) A/D采樣程序設(shè)計AID采樣程序包括采樣頻率的實(shí)時計算以及采樣過程的控制這兩部分。根據(jù)FFT的原理，采樣頻率與周期信號實(shí)際頻率是否同步直接會影響到FFT計算結(jié)果的 誤差。如果采樣不同步，將會產(chǎn)生頻譜泄漏，這樣在諧波測量中會造成很大的誤 差，所以必須要嚴(yán)格保證采樣頻率和實(shí)際頻率的一致。同步采樣的實(shí)現(xiàn)有兩種方法可以解決，一

34、種是硬件同步采樣，使用外部鎖相環(huán)實(shí)時跟蹤信號頻率；第二種 方法是軟件同步采樣，通過軟件實(shí)時計算信號的頻率。下圖為A/D采樣流程圖。 每周期采樣256點(diǎn)，工頻周期為50Hz, DSP的時鐘頻率為150MHz，所以通過CAPl 捕獲的周期值精度較高。FFT程序設(shè)計DSP程序的核心是快速傅立葉變換(FFT)，該程序設(shè)計的好壞直接關(guān)系到整個 系統(tǒng)的性能。盡管可以找到相關(guān)的FFT例程可供參考，但是對于新手而言自己編 寫具有復(fù)雜算法的程序效率肯定不會很高，因此本文使用了 TI公司專門針對2000 系列DSP而設(shè)計的FFT庫模塊，該模塊帶有入口和出口參數(shù)，使用方便，具有很好 的可移植性。FFT計算流程如下圖所示，當(dāng)256點(diǎn)采樣結(jié)束后，依次調(diào)用位反轉(zhuǎn)子程序、 加窗函數(shù)子程序、128點(diǎn)復(fù)FFT子程序、分離得到256點(diǎn)實(shí)FFT結(jié)果子程序、隸幅序。LCD顯示程序LCD程序包括兩部分：底層驅(qū)動和界面顯示。底層驅(qū)動主要包括寫指令、寫 數(shù)據(jù)、清屏、延時等子程序。界面顯示程序主要用來顯示測量數(shù)據(jù)，包括當(dāng)前時 間、頻率、功率因素、三相電壓/電流、三相有功/無功功率、正序/負(fù)序分量、 不平衡