【正文】 the indirect measurement algorithm for the reactive power measurement through the parison of simulation results． Then the overall design scheme for the electric power parameters test instrument based on DSP is introduced． The instrument consists of two main parts： data acquisition and processing system， data display and storage system． This paper mostly plete the hardware and software design of the data acquisition and processing system． The hmdware part Signal acquisition circuit 、 5 mostly includes ADC circuit ， processor and peripheral circuit ， TMS320VC5502which is the product of TI is adopted as the main processor,The software part mostly consists of main program， data acquisition， data processing and munication module’ s procedure design． This instrument tail measure voltage， current， frequency， power factor,active power and reactive power， apparent power etc． It can realize real—time measurement and analysis of harmonic. Finally， Through the analysis of the whole simulation device, the basic design of the desired goal． Key words： Electric Power Parameter； Frequency； HarmonicAnalysis；DSP 第 1 章：緒論 課題的目的與意義 通過本課題的訓練，培養(yǎng)學生在電氣工程及其自動化專業(yè)方向分析問題、解決問題的能力。機械式電能表由于自身的機械特性導致其穩(wěn)定性和精度都不盡人意，隨著電力市場化改革的不斷深入，我國的國電網(wǎng)、省電網(wǎng)在各級電能計量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè)中，大部分已將其更新為電子式電能表。 本論文的研究內(nèi)容 本文主要針對我國電力系統(tǒng)供配電的實際情況，在分析電力參數(shù)測試儀器的現(xiàn)狀和傳統(tǒng)測試儀器存在的問題的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一個基于 DSP的電力參數(shù)綜合測試 裝置，實現(xiàn)多種電力參數(shù)的實時 測量。在此條件下，任一點測得的頻率，均為系統(tǒng)頻率。 基于傅立葉變換的諧波分析法 快速傅立葉算法理論比較成熟，是目前諧波測量中最基本的方法。這樣，將式（ ）經(jīng)過變量代換和改寫后，可以得到： 2121( 2 ( 0 . 5 ) ( 2 ( 0 . 5 )_( 2 ( 0 . 5 ) ( 2 ( 0 . 5 )WW NNyyyy? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ? ??? （ ） 令 2121()()yy yy? ?? ?，并且當 N較大時，式（ ）一般可簡化為 ()g??? ，其反函數(shù)記為 1()g???? 。其計算公式為： 10 1 0 2 0121 0 2 021( 2 ( ) ( 2 ( )( 2 ( ) ( 2 ( )2( )( 2 ( ) ( 2 ( )W k k W k kAANNAW k k W k kNNyyWWNN????? ? ? ??????????? ? ? ?? （ ） 式（ ）中對兩根譜線采用的權(quán)重與各 自的幅值成正比。 第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 電力參數(shù)綜合測試儀的總體結(jié)構(gòu) 如 圖 ： 12 T M S 3 2 0 V C 5 5 0 2處 理 器顯 示 和 鍵 盤 電路存 儲 電 路信 號 采 集 和 轉(zhuǎn)換 電 路通 信 電 路 圖 總體結(jié)構(gòu)圖 整個系統(tǒng)分為兩大部分：數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)顯示與存儲系統(tǒng) 。該模塊主要用于擴展外部存儲器，存放程序代碼和數(shù)據(jù) 。此電流信號經(jīng)過電阻采樣后轉(zhuǎn)化為 ～ + 之間的電壓信號，由于所用 的 A／ D 轉(zhuǎn)換器是 單極性的，而電流檢測 信號是雙極性的，故交流模擬量信號在經(jīng)過電流、 電壓轉(zhuǎn)換后，還要進行電平轉(zhuǎn)換， A／ D 轉(zhuǎn)換器的參考電壓為 +，因此偏移電壓取 ，使得偏移后的信號范圍在 0 至 + 之間。根據(jù)上述分析，在此選用逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換 器。 綜合以上因素考慮，我們選擇了非常適合本系統(tǒng)設(shè)計要求的 ADS8364數(shù)據(jù)采集芯片。 A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取方式有三種：直接讀取、循環(huán)讀取和 FIFO方式。為了實現(xiàn) ADS8364六個通道的同步采樣， ADS8364的 A、 B、 C三 組啟動控制信號 HOLDA、 HOLDB和 HOLDC接在一起，由 TMS320VC5502的定時器 O的輸出信號統(tǒng)一控制，只要定時時間到就可以同時啟動 ADS8364的六個通道，從而實現(xiàn)六通道的同步采樣。其主要外設(shè)包括 ： (1)外部存儲器接口 (EMIF) (2)通用異步接受／發(fā)送器 (UART) (3) 2I C控制接口 (4)主機接 口 (HPI) (5)直接存儲器訪問 (DMA)控制器 (6)三 個全雙工的多通道緩沖串口 (MCBSP) (7)四個定時器 (8)片內(nèi)可編程鎖相環(huán)（ PLL）時鐘發(fā)生電路 (9)多個通用 FO引腳和一個輸出引 腳 XF 其中 EMIF支持對異步存儲器，如 EZPROM， SRAM，及高速同步存儲器 SDRAM的無縫連接。 (5)一個 40bit的桶狀移位器，可以將結(jié)果左移 31bit或右移 32bit。 外部存儲器電路的設(shè)計 在進行 DSP系統(tǒng)設(shè)計時外部存儲器接口的設(shè)計很重要，它關(guān)系到整個系統(tǒng)資源的空間分配。在 DSP上電后需要對SDRAM進行自檢，以避免 SDRAM單元出錯造成以后監(jiān)測儀工作不正?；驍?shù)據(jù)出錯。除了可以采用專用的硬件編程器把代碼灌入 FLASH 中之外，也可以利用現(xiàn)成的 DSP 通過軟件編程來實現(xiàn)同樣的功能。 鍵盤的工作方式一般有程序控制掃描方式、定時掃描方式和中斷掃描方式 19 3 種。 顯示電路 本系統(tǒng)采用 SHARP 公 司的 LM32019T 型 128 第 4 章系統(tǒng)軟件設(shè)計 主程序設(shè)計 主程序流程如圖 。轉(zhuǎn)換完成后， ADS8364的 EOC引腳變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā) TMS320VC5502的 INT0中斷，進入中斷服務程序，在服務程序中讀取 AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。 24 入 口對 信 號 進 行 加窗 處 理計 算 頻 率計 算 諧 波計 算 U、 I、 P、Q等 電 量 參 數(shù)結(jié) 束 圖 數(shù)據(jù)處理模塊流程圖 通信模塊 TMS320VC5502DSP 芯片自帶有通用異步串行通信口，通信接口收發(fā)芯片使用的 是 MAX232。鍵盤與液晶顯示部分流程圖分別如圖 ： 返 回開 始鍵 掃 描查 鍵 盤 值 并 存 儲延 時 1 0 m s有 按 鍵 按 下 ？確 認 有 鍵 按 下 ？NYNY 圖 鍵盤掃描程序流程圖 返 回開 始初 始 化 D S P、 各 種 參 數(shù)調(diào) 用 漢 字 或 圖 形顯 示 程 序調(diào) 用 清 屏 程 序液 晶 屏 初 始 化 圖 液晶顯示程序流程圖 27 本章小結(jié) 本章主要對裝置所用的軟件進行了分析，系統(tǒng)在軟件上著力遵循模塊化設(shè)計 原則。 信號調(diào)理部分，這部分電路用來對經(jīng)電壓、電流互感器變換后的信號進行加工和處理器件 ， 主要有運算放大器和各類電阻電容。雖 然它們都可以通過完善硬件電路、精選元件特性和利用可調(diào)元件進行調(diào)整等方法來加以降低和消除，但需要較大的硬件開銷、繁瑣的參數(shù)測試和調(diào)試，不適合批量生產(chǎn)。程序使用了 C語言編寫 ，使程序設(shè)計思路清晰、可讀性高，可移植性強，保證了執(zhí)行效率。老 師淵博的學識、 嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、謙和的待人 風范使我非常敬佩。 //符號位擴展有效 asm(clrc OVM)。 //T4 為連續(xù)增計數(shù)模式， 128 分頻，且選用內(nèi)部時鐘源 T4PR=0x75。 CHSELSEQ1=0x0BA98。i++,j++) { ADRECULT[i]=j6。 //系統(tǒng)初始化 ADINIT()。 //取得 RESULT0 的地址 for(i=0。 //16 通道 CHSELSEQ1=0x3210。 //清楚全部中斷標志，寫 1清 0 } //A/D 初始化子程序 void ADINIT() { T4CNT=0x0000。 } //開總中斷子程序 void inline enable() { asm(clrc INTM)。 正是在他的悉心指導下，我才得以順利完成在畢業(yè)設(shè)計 。本系統(tǒng)選 用 TI公司的 TMS320VC5502芯片作為數(shù)據(jù)處理核心，采用 16位并行模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADS8364作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元，擴展了外部存儲器 (包括 SDRAM和 FLASH)。 因此，在 AD轉(zhuǎn)換器的分辨率己較高，測量算法已經(jīng)較完善的情況下，系統(tǒng)的誤差主要存在于電壓電流互感器和信號調(diào)理電路環(huán)節(jié)中，嚴格的講，互感器的誤差具有非線性的性質(zhì)，但隨著鐵磁材料性能的改善和加工工藝質(zhì)量的提高，其非線性度也在不斷降低。 電壓電流互感器部分，為了保證測量精度，使測量的電壓和電流信號不失真對 PT和 CT的要求較高，要求其具有較好的頻率特性。 26 鍵盤和顯示模塊程序 人機界面的設(shè)計也是系統(tǒng)設(shè)計的又一個關(guān)鍵點，是實現(xiàn)儀器人性化的一個關(guān)鍵部分。時域的離散值計算主要實現(xiàn)電壓、電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等的計算。因此，把讀采樣數(shù)據(jù)中斷設(shè)為較高的優(yōu)先級。然后在分析電力參數(shù)對硬件的要求下，對 數(shù)據(jù)采集和處理 系統(tǒng)， 數(shù)據(jù)顯示和通信 系統(tǒng)等相關(guān)電路設(shè)計進行了比較詳細的說明。 TMS320VC5502I O P E 1I O P E 2I O P E 3I O P E 4I O P E 5I O P E 6V C C 圖 3x3 矩陣鍵盤接口電路 圖中行線 IOPE4～ IOPE6 通過 3 個上拉電阻接電源端 VCC，處于輸入狀態(tài) ,稱為輸入口； IOPEI～ IOPE3 控制鍵盤的列線電位作為鍵掃描口，處于輸出狀態(tài)。輸入數(shù)據(jù)、查詢和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，都要用到鍵盤。盡管用戶代碼在一段時間相對是固定的，但是如果直接將其掩膜到內(nèi)部 ROM中去的話，一方面受容量以及價格的限制，另一方面在系統(tǒng)軟件升級上顯得不是很靈活方便。動態(tài)存儲器中同步技術(shù)的出現(xiàn)，使得讀寫速度從以往的 60ns～ 70ns提升到了目前的 6ns～7ns，提高了將近 10倍，而且價格便宜，在需要選用大容量存儲器 時，它的性價比非常高。 (12)可編程的省電模式，各個模塊可獨立編程。 (3)一個 40bit的 ALU，執(zhí)行高精度的算術(shù)邏輯運算。這些總線使得 C55x能在一個時鐘內(nèi)完成三次數(shù)據(jù)讀操作和兩次數(shù)據(jù)寫操作。 ADS8364的 REFIN和 REFOUT引腳接到一起輸出 +2． 5V的參考電壓。數(shù)字電源供電電壓為 3V～ 5V，既可以與 供電的微控制器接口，也可以與 5V供電的微控制器接口。同步采樣也是信號頻譜分析的前提條件。其中閃電式 A／ D轉(zhuǎn)換器速度最快，價格也最昂貴，但閃電式 AD轉(zhuǎn)換器通常準確度、分辨率不高，不宜用在高準確度采樣系統(tǒng)；雙斜積分型準確度高、價格低廉，但速度最慢；逐次逼近型居中，速度較快、價格適中、準確度較高，它的優(yōu)點是能保證高分辨率、 高速轉(zhuǎn)換。下面說明電流采樣電路，電壓采樣電路和電流采樣電路類似，在這里就不多做說明了。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊：由 A/D轉(zhuǎn)換芯片 ADS8364組成，該模塊主要用于實時采集電網(wǎng)參數(shù)。由于本裝置采用加漢寧窗的修正算法，現(xiàn)把加漢寧窗的修正公式列出 ： 1 2 4 6211 . 5( ) ( 2 . 3 5 6 1 9 4 0 3 1 . 1 5 5 4 3 6