【正文】 _counter || ((UCSRA amp。在使用AVR時(shí)，應(yīng)根據(jù)芯片本身的特點(diǎn)(片內(nèi)大容量數(shù)據(jù)存儲器RAM，更適合采用高級語言編寫系統(tǒng)程序)，編寫高效可靠的UART收發(fā)接口(低層)程序。 } strcpyf(tempstr,str_THDU)。i++) { temph=(mode[i]/mode[1])*100。i++) dataR[64]=dataR[64]+dataR[i]*dataR[i]。 ADCSRA|=(14)。相應(yīng)的寄存器設(shè)置為：TCCR0=0x0B。此外，程序中定義兩個(gè)bit F_done=0表示采集完成；unsigned char P_real=0表示采集數(shù)據(jù)的數(shù)組指針和char I_average=0采集完成次數(shù)作為程序分支的控制。但存儲在Flash ROM中的字符串不能直接調(diào)用，因此需要用庫中的char *strcpyf(char *dest,char flash *src)等函數(shù)將其復(fù)制到SRAM中的dest字符串?dāng)?shù)組中使用。MAX232內(nèi)部有兩組電平轉(zhuǎn)換電路，這里僅用到一對，接線電路按照美信公司提供的技術(shù)手冊接線，如圖3－7。圖3－4 熔絲位配置界面 信號預(yù)處理電路電壓信號經(jīng)過隔離以后，可以再經(jīng)電阻分壓調(diào)整到單片機(jī)可以接受的范圍以內(nèi)。根據(jù)ATmega32L手冊中給出的關(guān)于時(shí)鐘源選擇的設(shè)置如表3－1；時(shí)鐘及啟動(dòng)時(shí)間的相關(guān)配置位在熔絲位的低字節(jié)，熔絲位低字節(jié)的功能如表3－2。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了簡化線路，可以將AVCC直接接到VCC，AREF懸空。保證模擬信號線位于模擬地之上，并使它們與高速切換的數(shù)字信號線分開。 時(shí)鐘信號電路ATmega32L單片機(jī)內(nèi)置RC振蕩線路，可以產(chǎn)生1M、2M、4M、8M的振蕩頻率。圖3－3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 復(fù)位電路ATmega32L單片機(jī)已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計(jì)。在更新應(yīng)用Flash存儲區(qū)時(shí)引導(dǎo)Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了RWW 操作。內(nèi)部集成了EEPROM用以保存數(shù)據(jù)，ISP功能提高了單片機(jī)開發(fā)的靈活性，也省去了購買并行編程器的費(fèi)用，降低開發(fā)成本。dataI[k+b]=TI+temp*sin_tab[p]dataI[k+b]*cos_tab[p]。k64。j=b1。這個(gè)是本程序采取查表法計(jì)算FFT的關(guān)鍵部分之一。第一層循環(huán)：由于N=2M需要M級計(jì)算,第一層循環(huán)對運(yùn)算的級數(shù)進(jìn)行控制。 xx=x0*32+x1*16+x2*8+x3*4+x4*2+x5。 x2=(i/4)amp。然后逆序轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制的倒位序xx，再用虛部的數(shù)組dataI臨時(shí)存儲倒位序列，逆序過程結(jié)束后，再將dataI數(shù)組的值按自然順序賦值給dataR,同時(shí)將dataI清空。變量定義如下，作用由注釋標(biāo)明：float dataR[64],dataI[64]。在本應(yīng)用中，程序設(shè)計(jì)中每次采樣64個(gè)點(diǎn)再進(jìn)行FFT分析，M＝6，因此程序中設(shè)計(jì)中不用再考慮補(bǔ)足數(shù)據(jù)的要求。這一過程可向流程左方再次重復(fù)，直至最左的量程是樣點(diǎn)函數(shù)時(shí)才完成全部流程。圖2－3(c)是圖2－3(b)另一種表示方法。(2) 利用的周期性和對稱性，在DFT運(yùn)算中進(jìn)行歸類，提高運(yùn)算速度。在1996年出現(xiàn)了第一個(gè)DFT的快速計(jì)算方法，以及相繼出現(xiàn)了多種高效快速算法，使得DFT的計(jì)算時(shí)間縮短了一到二個(gè)數(shù)量級。樣本間隔Ts=Tp/N,函數(shù)可寫為，其中k取0，1，…，N－1，或是簡化為。這是一個(gè)一一對應(yīng)的變換，值得注意的是DFT本身并不存在近似或逼近的概念。 采樣信號的傅立葉變換 采樣定理假設(shè)一個(gè)頻帶有限的信號頻譜的最高頻率為，如果采樣頻率大于信號的兩倍，則可以用采樣信號恢復(fù)成原信號，而不產(chǎn)生失真，這就是采樣定理。上述變換方法推廣應(yīng)用至離散系統(tǒng)就出現(xiàn)了離散采樣的傅立葉變換，稱為離散傅立葉變換(DFT)。三．設(shè)計(jì)出以AVR單片機(jī)為核心的硬件系統(tǒng)，并考慮實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)遇到的干擾問題以及抗干擾的方法。居民生活負(fù)荷中，熒光燈的伏安特性是嚴(yán)重非線性的，也會(huì)引起嚴(yán)重的諧波電流，其中3次諧波的含量最高。 電能質(zhì)量問題的產(chǎn)生　　電能質(zhì)量問題是眾多單一類型電力系統(tǒng)干擾問題的總稱，其實(shí)質(zhì)是電壓質(zhì)量問題?！　?3) 電壓三相不平衡(unbalance)：表現(xiàn)為電壓的最大偏移與三相電壓的平均值超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。最后本文簡單介紹了一下提高諧波檢測精度的硬件和軟件措施。上述兩方面的矛盾越來越突出，在這樣的環(huán)境下，探討電能質(zhì)量的分析方法，可以為分析我國電能質(zhì)量管理和控制的發(fā)展趨勢提供必要的依據(jù)，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。上述兩方面的矛盾越來越突出，用戶對電能質(zhì)量的要求也更高，在這樣的環(huán)境下，探討電能質(zhì)量的分析方法，可以為分析我國電能質(zhì)量管理和控制的發(fā)展趨勢提供必要的依據(jù)，具有很強(qiáng)的觀實(shí)意義。含有基波非整數(shù)倍頻率的正弦電壓或電流稱為間諧波，小于基波頻率的分?jǐn)?shù)次諧波也屬于間諧波。一．電力系統(tǒng)元件存在的非線性問題　　 電力系統(tǒng)元件的非線性問題主要包括：發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的諧波；變壓器產(chǎn)生的諧波；直流輸電產(chǎn)生的諧波；輸電線路(特別是超高壓輸電線路)對諧波的放大作用。 電能質(zhì)量的國家標(biāo)準(zhǔn)從80年代初開始，國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局(原國家表準(zhǔn)局)將制定國家電能質(zhì)量系列標(biāo)準(zhǔn)列為重點(diǎn)項(xiàng)目。六．分析整個(gè)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題并提出改善方法。傅立葉級數(shù)的三角級數(shù)形式為 (2－1)其中，為基波的角頻率。 采樣信號的傅立葉變換對函數(shù)進(jìn)行采樣，可以用圖2－1所示的過程來表示。嚴(yán)格地說，這實(shí)際上是一個(gè)離散傅立葉級數(shù)(DFS)的變換關(guān)系。頻譜X(f)在(h＝0，1，…，N－1)各頻率上取值，故可寫為Xp(hfp)或簡寫為Xp(h)。它是數(shù)字信號處理的一個(gè)強(qiáng)有力的工具。令N/2=p,由于，故在中有： (2－16)現(xiàn)在以信號流圖(SFG)的方法來表示物理量之間的運(yùn)算關(guān)系?，F(xiàn)認(rèn)為DFT值X(h)(h=0,1,…,N)由流程左方量值經(jīng)蝶形運(yùn)算而得。當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)增大以后，DFT和FFT算法的乘法次數(shù)比值增長很快。表2－1列出了N＝8時(shí)兩種排列順序的互換規(guī)律。 //用于循環(huán)語句的計(jì)數(shù)控制int x0,x1,x2,x3,x4,x5。i++) { x0=x1=x2=x3=x4=x5=0。0x01。i64。在每一級中，第三層循環(huán)完成N/2L個(gè)碟形計(jì)算；第二層循環(huán)使第三層循環(huán)進(jìn)行 2L1次，因此，第二層循環(huán)完成時(shí)，共進(jìn)行2L1 *N/2L=N/2個(gè)碟形計(jì)算。L++) { /* for (1)對運(yùn)算級數(shù)進(jìn)行控制 */b=1。while(i0) /* p=pow(2,7L)*j。 TI=dataI[k]。32位單片機(jī)主要是應(yīng)用在復(fù)雜的控制系統(tǒng)或是信號處理上，ARM系列的CPU是典型的代表；16位單片機(jī)中MSP430系列性能十分優(yōu)秀，擁有12位分辨率的A/D，運(yùn)算速度也比較高。部分新的型號還集成了USB控制器、射頻收發(fā)電路等，功能更為強(qiáng)大。單片機(jī)、運(yùn)算放大器、電平轉(zhuǎn)換電路的用電電流僅為mA級，全部功耗不會(huì)超過1w，因此電源變壓器選用次級中間抽頭，雙9V輸出的5W變壓器，經(jīng)橋式整流電路整流后，通過7805和7905兩塊5V的穩(wěn)壓芯片輸出177。D0(1N4148)的作用有兩個(gè)：作用一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在Vcc+ 左右，另一作用是系統(tǒng)斷電時(shí)，將R0(10K)電阻短路，讓C0快速放電，讓下一次來電時(shí)，能產(chǎn)生有效的復(fù)位。早期的90S系列，晶振兩端均需要接22pF左右的電容。4. 如果有ADC 端口被用作數(shù)字輸出，那么必須保證在轉(zhuǎn)換進(jìn)行過程中它們不會(huì)有電平的切換。 ISP接口ISP下載接口，不需要任何的外圍零件。為了簡化操作，可以借助編程器提供的熔絲位配置功能，不僅方便，而且還可以避免熔絲位誤操作帶來的損失。電路接好以后，先粗略的調(diào)整電位器R04和R05，使和輸出大概為1V左右，然后在輸出端ADC1接上示波器細(xì)致的調(diào)整，~。主程序控制整個(gè)過程的方向，通過判斷F_done采集完成標(biāo)記和I_average平均值計(jì)數(shù)變量的狀態(tài)來決定是否進(jìn)行FFT運(yùn)算以及顯示數(shù)據(jù)。兩個(gè)字符串?dāng)?shù)組臨時(shí)存放各種需要交給上位機(jī)的字符，使用時(shí)需要注意不要使數(shù)組越界。關(guān)于寄存器設(shè)置比較重要的部分是波特率發(fā)生器、ADC設(shè)置和timer0工作方式設(shè)置。其他的寄存器設(shè)置及更詳細(xì)的內(nèi)容參見附錄C部分。 } } 諧波分析處理單純的FFT計(jì)算并沒有任何物理意義，因此還需要對FFT計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理才能得到所需要的電能質(zhì)量信息。圖4－2 x(t)FFT運(yùn)算后的模值由圖4－2可以看出，F(xiàn)FT運(yùn)算結(jié)果模值第1個(gè)數(shù)為直流分量，第3～8為2～7次諧波，其模值分別是第2個(gè)點(diǎn)基波模值的1/1/1/1/1/1/7倍，與原函數(shù)相同。//打印h次諧波含有率 strcat(tempstrnm,s2)。//計(jì)算總諧波畸變率 ftoa(temph,2,tempstr)。// USART Transmitter interrupt service routinepragma savereginterrupt [USART_TXC] void uart_tx_isr(void){asm push r26 push r27 push r30 push r31 in r26,sreg push r26endasmif (tx_counter) { tx_counter。 ++tx_counter。同時(shí)發(fā)送字符都是在計(jì)算結(jié)果的過程中發(fā)送，不需要定時(shí)器0中斷對電壓信號采樣，因此關(guān)中斷也不會(huì)產(chǎn)生問題。此外，還需要細(xì)心設(shè)計(jì)程序流程走向，盡量避免程序走向死循環(huán)。 提高信號檢測的質(zhì)量提高ADC的性能是提高信號檢測質(zhì)量的一個(gè)方面，可以獲取更快的采樣速度和更高的分辨率，精度的提高也意味這對噪聲干擾抑制的能力減弱，在設(shè)計(jì)電路時(shí)要較多的考慮EMC方面的問題，同時(shí)對電壓基準(zhǔn)源也有更高的要求。在現(xiàn)行檢測系統(tǒng)的使用中，有一種基于鎖相環(huán)的同步采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)的框圖如下圖所示。除了傅立葉變換，還有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、二次變換和小波變換分析等幾種方法。缺點(diǎn)是：無法準(zhǔn)確地估計(jì)原始信號的諧波分量幅值；不具有時(shí)域分析功能。43華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）結(jié) 論通過表5－2中第三次的測量結(jié)果，可以確定原來的時(shí)域信號為X(t)=* sqrt(2)*(sin(t)+()*sin(2*t)+()*sin(3*t)+()*sin(4*t)()*sin(5*t) +()*sin(6*t)()*sin(7*t))；畫出圖x－1，顯示的是一個(gè)平頂波形，與示波器顯示的結(jié)果非常相近。采用非常基礎(chǔ)FFT算法，程序簡單，適應(yīng)在運(yùn)算速度非常低的8位單片機(jī)上運(yùn)行，但對短時(shí)諧波，頻率變化等問題則無能為力，需要進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和研究諧波的分析方法。// USART Transmitter buffer//省略，見第四章// Standard Input/Output functionsdefine ADC_VREF_TYPE 0x00// Declare your global variables here float dataR[65]={0}。float THDU。 //timer0 interruptinterrupt [TIM0_COMP] void timer0_ovf_isr(void){// Place your code hereif(!F_done) if(P_real==65) {P_real=0。int L,j,k,b,p。 x1=(i/2)amp。 x5=(i/32)amp。 dataI[i]=0。j=b1。k64。dataI[k+b]=TI+temp*sin_tab[p]dataI[k+b]*cos_tab[p]。 temp=dataR[k+b]。 */{p=p*2。 i=L1。 /* printf(source[%d]edn%d=%f \n,i,xx,dataR[i])。 x3=(i/8)amp。i64。 //寫1清除標(biāo)志位 ADCSRA=ADCSRA|(16)。unsigned char P_real=0。char flash *str_start1=harmonics analysis result/:。從培養(yǎng)計(jì)劃的制定、論文的選題、課題的研究到論文的完成等各個(gè)環(huán)節(jié)，自始至終都傾注了導(dǎo)師的大量心血。另外，表x－1是19日凌晨1時(shí)的兩次測量結(jié)果。(2)可以對信號進(jìn)行去噪、識別和數(shù)據(jù)壓縮、還原等。缺點(diǎn)是：(1)存在局部極小問題，會(huì)出現(xiàn)局部收斂，影響系統(tǒng)的控制精度；(2)理想的訓(xùn)練樣本提取困難，影響網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練速度和訓(xùn)練質(zhì)量；(3)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不易優(yōu)化。 圖51 一種基于鎖相環(huán)的同步采樣系統(tǒng)三． 基于數(shù)字存儲示波器的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法利用數(shù)字存儲示波器的數(shù)據(jù)采集和存儲功能來模擬實(shí)際檢測設(shè)備的采樣過程，從而驗(yàn)證理論分析的部分成果。通常需要采用合適的窗口函數(shù)以便抑制頻譜泄漏，使用插值方法來抑制柵欄效應(yīng)。 在不對原有硬件和軟件做較大改動(dòng)的前提下，可以對計(jì)算結(jié)果求算術(shù)平均值的方法平滑結(jié)果數(shù)據(jù)。使用AVR內(nèi)置的看門狗是軟硬結(jié)合的抗干擾辦法，基本原理是看門狗定時(shí)器由獨(dú)立的1 MHz 片內(nèi)振蕩器驅(qū)動(dòng)(VCC = 5V) ，通過設(shè)置看門狗定時(shí)器的預(yù)分頻器可以調(diào)節(jié)看門狗復(fù)位的時(shí)間間隔，看門狗復(fù)位指令‘WDR’用來復(fù)位看門狗定時(shí)器。二．?dāng)?shù)據(jù)緩沖器結(jié)構(gòu)是一個(gè)線性的循環(huán)隊(duì)列，由讀、寫和隊(duì)列計(jì)數(shù)器3個(gè)指針控制，用于判斷隊(duì)列是否空、溢出，以及當(dāng)前數(shù)據(jù)在隊(duì)列中的位置。asm pop r26 out sreg,r26 pop r3