基于TMS320LF2407A的電能質(zhì)量檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

基于TMS320LF2407A的電能質(zhì)量檢測(cè)電路設(shè)計(jì)電能質(zhì)量(PowerQuality)，從普遍意義上講是指優(yōu)質(zhì)供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量。隨著電力、電子技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是電爐煉鋼、多項(xiàng)可控硅整流、電機(jī)變頻調(diào)速以及洗衣機(jī)、空調(diào)等家電設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)質(zhì)量問題正變得日益嚴(yán)峻，嚴(yán)重威脅著電力設(shè)備的正常使用，及時(shí)準(zhǔn)確的獲得電能質(zhì)量參數(shù)，對(duì)工業(yè)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。本系統(tǒng)采用TMS320LF2407A為控制核心，同時(shí)還擴(kuò)展了接口電路----鍵盤和LCD顯示電路?；魻栯妷?、電流互感器對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，將采集到的電壓、電流瞬時(shí)值通過數(shù)據(jù)處理計(jì)算出電能質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)。通過SCI接口將采集的數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)進(jìn)行誤差分析。硬件系統(tǒng)框圖如下圖所示。

電壓、電流測(cè)量電路本系統(tǒng)采集的電信號(hào)主要是交流電流、電壓，從采樣精度、速度及經(jīng)濟(jì)成本等多個(gè)方面權(quán)衡，選擇合適的采樣方式和采樣頻率，并注意強(qiáng)弱電的隔離和電磁干擾，從而確定最終的軟硬件設(shè)計(jì)和元器件的選擇。根據(jù)采樣定理，為了使采樣的信號(hào)f*(t)能反映被采集的模擬信號(hào)f(t)，采樣頻率必須滿足采樣定理，即采樣頻率必須大于模擬量所含最高次有效諧波頻率fmax的兩倍。實(shí)際采樣時(shí)一般使fs=（3～4）fmax，以保證采樣信號(hào)能夠準(zhǔn)確地代表被采樣的模擬信號(hào)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)每周期定為128點(diǎn)，即采樣頻率為6.4KHz左右。脈沖電路脈沖產(chǎn)生電路通過TI公司生產(chǎn)的LM393雙路比較器芯片來實(shí)現(xiàn)，其原理電路如下圖所示。信號(hào)調(diào)理電路PCB板的制作系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)作為本系統(tǒng)的核心，在完成了硬件部分的設(shè)計(jì)后就顯得尤為重要。軟件的優(yōu)劣不僅關(guān)系到電路基本功能的實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且還會(huì)對(duì)最終的測(cè)量精度產(chǎn)生較大的影響。因此，它成為本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本系統(tǒng)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)電能信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和數(shù)據(jù)的處理，軟件功能主要由以下幾部分組成：電能參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量：對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。電能參數(shù)的數(shù)據(jù)分析：離散的電壓、電流的有效值，電能的有功功率、無功功率和功率因數(shù)等。通訊功能：與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。人機(jī)交互：處理用戶通過按鍵輸入的信息，通過液晶顯示屏顯示電能質(zhì)量參數(shù)。

main(){SystemInit(); //系統(tǒng)初始化MCRC=MCRC&0xFF00; //IOPE0-7設(shè)為IO端口模式PEDATDIR=0xFF00; //所有LED=0,MCRA=MCRA&0x00C7; //IOPB0-7設(shè)為IO端口模式,IOPA3-5為IO模式PADATDIR=0xFFC0;PBDATDIR=PBDATDIR&0x00FF;asm("CLRCINTM");

Timer1Init(); //定時(shí)器初始化SCI_Init();//SCI串口初始化LcdInit();//液晶初始化WriteMenu(MenuTab);//開機(jī)界面While(1){ScanKey();//鍵盤掃描}}

中斷服務(wù)模塊定時(shí)器中斷子程序：voidc_int2()/*定時(shí)器1中斷服務(wù)程序*/{if(PIVR!=0x27) { asm("CLRCINTM"); return; } T1CNT=0;//定時(shí)器計(jì)數(shù)器清零 numlcd++; t0++; t2++; if((SCI_FLAG==0)&(t0%129)==0) { SCI_FLAG=1;//SCI串口通信標(biāo)志 t0=1; }if(numlcd%2000==0)KeyLcd();//刷新液晶顯示數(shù)據(jù)if(numlcd>=2000)numlcd=0;EVAIFRA=0x80;asm("CLRC INTM");//清除中斷屏蔽位}外部中斷子程序：voidinterruptAD_start(){ T1CON=T1CON&0xE7FF; flag=~flag; flag=flag&0x1;//flag取反 T1CNT=0; SCI_FLAG=0; t0=1;t1=0;t2=1;XINT2CR=XINT2CR|0x8000;//高優(yōu)先級(jí)中斷，清除周期中斷標(biāo)志 asm("CLRCINTM");}信號(hào)采集單元AD數(shù)據(jù)采集子程序：voidAD_Sample(){ADCTRL1=0x4000; /*ADC模塊復(fù)位*/asm("NOP ");ADCTRL1=0x0020;/*自由運(yùn)行,啟動(dòng)/停止模式,雙排序器工作模式*/MAXCONV=0x0000;CHSELSEQ1=0x0000;//第0通道ADCTRL2=0x4000;//復(fù)位使排序器指針指向CONV00ADCTRL2=0x2000; /*啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換*/while((ADCTRL2&0x1000)==0x1000); /*等待轉(zhuǎn)換完成*/asm("NOP");asm("NOP");RESULT_0=RESULT0>>6;MAXCONV=0x0000;//第8通道CHSELSEQ3=0x0008;ADCTRL2=0x0040;ADCTRL2=0x0020;while((ADCTRL2&0x0010)==0x0010);asm("NOP");asm("NOP");RESULT_8=RESULT8>>6;}AD轉(zhuǎn)換流程圖人機(jī)界面的設(shè)計(jì)鍵盤掃描子程序：voidScanKey(void)//鍵盤掃描程序{ unsignedint temp,temp1;unsignedintflag=0;PBDATDIR=0x00FF;if(flag==0) { temp=PBDATDIR; temp=temp&0x0080; delay(6000);//按鍵延時(shí) temp=PBDATDIR; temp=temp&0x0080; temp1=temp; //temp=0 if(temp1==0x0080)flag=0; else{flag=1;numkey++;} //確認(rèn)有鍵按下}temp=PBDATDIR;temp=temp&0x0080;while(temp!=0x0080)//等待按鍵釋放{ temp=PBDATDIR; temp=temp&0x0080;}if(numkey>3) numkey=1;}通訊模塊SCI串口發(fā)送部分程序：voidSend_str(unsignedchar*fl_char){while(*fl_char!='\0'){SCITXBUF=*fl_char++; while((SCICTL2&0x0080)==0);}}測(cè)試結(jié)果電烙鐵的電壓測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)組數(shù)Urms/VUreal/V誤差d11218218.4-0.42221219.11.93226219.76.34222219.12.95213218.4-5.46220218.51.57213218.7-5.78219218.50.59225219.15.910214218.5-4.5平均值219.1218.80.3電烙鐵的電流測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)組數(shù)Irms/AIreal/A誤差d210.1350.135989-0.0009920.1340.136011-0.0020130.1340.13564-0.0016440.1340.135555-0.0015550.1370.1359890.00101160.1340.135011-0.0010170.1330.135345-0.0023580.1390.1363840.00261690.1330.136011-0.00301100.1370.1350110.001989平均值0.1350.135695-0.00069電烙鐵的功率測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)組數(shù)功率P/W實(shí)際功率/W誤差d3129.4329.7-0.27229.61429.8-0.186330.28429.80.484429.74829.70.048529.18129.7-0.519629.4829.5-0.02728.32929.3-0.971830.44129.80.641929.92529.80.1251029.31829.5-0.182平均值29.57529.69-0.115

本系統(tǒng)能夠基本實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量，同時(shí)又受到負(fù)載的限制。當(dāng)?shù)谝患?jí)I-V變換電路的輸出電壓峰峰值超過10V時(shí)，偏置電路的輸出信號(hào)會(huì)產(chǎn)生失真。在系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試的過程中采用的是低功耗的電阻性負(fù)載，因此轉(zhuǎn)換得到的電流信號(hào)的線性度在理想的范圍內(nèi)，對(duì)相位漂移的影響也較小，信號(hào)調(diào)理電路輸出的信號(hào)也比較穩(wěn)定。但是當(dāng)負(fù)載為非電阻性負(fù)載時(shí)，電流端信號(hào)處理電路的輸出信號(hào)會(huì)有一定程度的閃變，從而導(dǎo)致采樣的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差，最終導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。其次，由于前端信號(hào)處理電路的局限性，當(dāng)輸入的電流較小時(shí)，容易受外界環(huán)境和內(nèi)部電路的失調(diào)電流的干擾，造成許多不確定的因素，也會(huì)對(duì)后續(xù)的采樣和數(shù)據(jù)運(yùn)算產(chǎn)生影響。還有必要在以下方面做進(jìn)一步的研究：1.信號(hào)調(diào)理部分電路的抗干擾能力沒有經(jīng)過足夠充分且嚴(yán)格的測(cè)試與實(shí)驗(yàn)。在調(diào)試過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的測(cè)試誤差，在信號(hào)轉(zhuǎn)換端可以考慮精度更高、線性特性更好的霍爾型高精度傳感器，以確保輸出信號(hào)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。2.測(cè)量的精度不夠