【正文】 1 pop r30 pop r27 pop r26endasm}pragma savereg+ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_// Write a character to the USART Transmitter bufferdefine _ALTERNATE_PUTCHAR_pragma used+void putchar(char c){while (tx_counter == TX_BUFFER_SIZE)。但對(duì)于高速的AVR來講，采用這種方式大大降低了MUC的效率。 puts(tempstr)。i22。i64。} else {dataR[P_real]=ADCW。所以對(duì)timer0的設(shè)置為：64分頻，自動(dòng)重載，重載值0x24。float mode[23]存放FFT計(jì)算后前21次諧波的模值，float THDU； float rms分別表示電壓總畸變率和電壓有效值。此外，程序中為了提示顯示數(shù)據(jù)的類型，也定義了幾個(gè)字符串常量，如harmonics analysis result/:表示“諧波分析結(jié)果”，為了節(jié)約SRAM空間，也用flash修飾。TTL電平與RS－232協(xié)議的電氣特性如表3－3所示：表3－3 RS232與TTL電平EIA－RS－232－CTTL邏輯1(mark)－3V～－15V=邏輯0(space)＋3V～＋15V= 電平的轉(zhuǎn)換可以用分立元件實(shí)現(xiàn)，為了增加電路的抗干擾和可靠性，選用美信公司MAX232集成電路做電平轉(zhuǎn)換。[CKSEL=1110 SUT=01]后再點(diǎn)擊設(shè)置導(dǎo)航，返回到如圖3－4的“配置熔絲設(shè)置”的設(shè)置狀態(tài)，即為所需要的熔絲配置。出廠時(shí)熔絲位的設(shè)置是使用片內(nèi)1MHZ，而系統(tǒng)需要精確時(shí)鐘，因此在使用單片機(jī)工作前必須對(duì)單片機(jī)的熔絲位進(jìn)行配置。(C3)。如果轉(zhuǎn)換精度要求較高，那么可以通過以下方法來減少噪聲：1. 模擬通路越短越好。但為了電路的標(biāo)準(zhǔn)和工作的可靠，設(shè)計(jì)中保留了復(fù)位電路。直接用單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘信號(hào)電路、A/D轉(zhuǎn)換濾波電路、和ISP接口即可工作，最小系統(tǒng)的電路圖部分如圖3－3。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)(ApplicationFlash Memory)。AVR單片機(jī)內(nèi)部為高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行了優(yōu)化，用高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序可以高效率的生成執(zhí)行代碼。dataR[k+b]=TRdataR[k+b]*cos_tab[p]dataI[k+b]*sin_tab[p]。for(k=j。} /* b= 2^(L1) */for(j=0。③ 第L級(jí)的2L1個(gè)碟形因子WPN 中的P，可表示為p = j*2mL，其中j = 0，1，2，...，(2L11)。DIT FFT的基本思想是用3層循環(huán)完成全部運(yùn)算(N點(diǎn)FFT)。0x01。0x01。 逆序部分逆序部分中x0～x5分別表示序列號(hào)i值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制格式后，各個(gè)位上值。64個(gè)點(diǎn)的M＝6，要進(jìn)行6次奇偶分解，6級(jí)計(jì)算。例如某一序列x(n) 的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=9,應(yīng)加零補(bǔ)長(zhǎng)為N＝24 ＝16，應(yīng)補(bǔ)7個(gè)零值。而且可以看出，從求X、從求均由N/2個(gè)蝶形運(yùn)算完成。這樣運(yùn)算可以減少一次乘法運(yùn)算，而加減法運(yùn)算次數(shù)則仍為2次不變。這樣分解后DFT的計(jì)算工作量比直接計(jì)算DFT的工作量大約減少一半。當(dāng)樣點(diǎn)數(shù)N很大時(shí)，對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)處理就比較困難了，以至在實(shí)踐工作中無法廣泛應(yīng)用，長(zhǎng)時(shí)間僅停留在理論意義上。若是時(shí)域中取離散值的周期函數(shù)，既是在周期Tp之間N個(gè)等間隔Ts上給出數(shù)值序列(它也可以是一個(gè)采樣的樣本值或是本身就是由計(jì)算機(jī)或數(shù)字處理裝置輸出的離散函數(shù))。通過DFT，將時(shí)域中有限長(zhǎng)度的離散信號(hào)(僅含有限個(gè)數(shù)據(jù))變換為頻域中有限長(zhǎng)度的離散信號(hào)(也僅含有限個(gè)數(shù)據(jù))。 傅立葉級(jí)數(shù)的指數(shù)函數(shù)形式傅立葉級(jí)數(shù)可以用指數(shù)形式來表示，通?？梢詫憺? (2－5)其中當(dāng)h＝0時(shí)，；對(duì)，有 (2－6)傅立葉級(jí)數(shù)指數(shù)形式的實(shí)質(zhì)是將每一個(gè)正弦函數(shù)分解為角頻率的兩個(gè)指數(shù)項(xiàng)。隨著計(jì)算機(jī)、微處理器的廣泛應(yīng)用，數(shù)字技術(shù)在科學(xué)研究、工程技術(shù)中越來越多地被應(yīng)用。二．用C語(yǔ)言編寫FFT的計(jì)算函數(shù)，并進(jìn)一步研究提高運(yùn)算速度的方法。電弧爐(包括交流電弧爐和直流電弧爐)是主要的非線性負(fù)載，它的諧波主要是由起弧的時(shí)延和電弧的嚴(yán)重非線性引起的。因社會(huì)進(jìn)步，電力電子器件使用增長(zhǎng)迅速，造成諧波問題嚴(yán)重，因此本設(shè)計(jì)考慮的主要是實(shí)現(xiàn)諧波的分析和電壓有效值的測(cè)量?！　?2) 頻率偏差(friquency deviation)：對(duì)頻率質(zhì)量的要求全網(wǎng)相同，不因用戶而異，各國(guó)對(duì)于該項(xiàng)偏差標(biāo)準(zhǔn)都有相關(guān)規(guī)定。通過對(duì)硬件軟件的調(diào)整，使輸出的結(jié)果達(dá)到相應(yīng)的要求，然后對(duì)實(shí)際諧波信號(hào)分析，對(duì)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理，以提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。本設(shè)計(jì)采用ATMEL公司的ATmega32L單片機(jī)完成一個(gè)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)采用AVR單片機(jī)完成一個(gè)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，性能要求可以測(cè)量諧波小于等于21次，將諧波分析結(jié)果通過RS232接口上傳到上位機(jī)并顯示存儲(chǔ)。(5) 電壓波動(dòng)和閃變(fluctuation amp。此外，還有變電站并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置等因素對(duì)諧波的影響。至2000年低已頒布實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)共有5個(gè)，即GB1232590《供電電壓允許偏差》；GB123262000《電壓波動(dòng)和閃變》；GB/T 1454993《公用電網(wǎng)諧波》；GB/T 155431995《三相電壓允許不平衡度》；GB/T 159451995《電力系統(tǒng)頻率允許偏差》。2. 諧波分析基礎(chǔ) 傅立葉分析概要諧波分析的基礎(chǔ)是傅立葉分析，傅立葉分析的實(shí)質(zhì)是把信號(hào)看成一系列加權(quán)的基本信號(hào)的線性組合，用對(duì)這些基本信號(hào)的分析，疊加起來代替對(duì)原來信號(hào)的分析。h取整數(shù)，角頻率為的項(xiàng)稱為中的h次諧波，也可以看作角頻率為零的零次諧波。圖2－1 采樣原理連續(xù)信號(hào)經(jīng)采樣序列脈沖作用后產(chǎn)生采樣信號(hào)，它是連續(xù)信號(hào)與采樣序列脈沖p(t)的乘積，既：其傅立葉變換 (2－7)根據(jù)傅立葉變換的卷積性質(zhì)，可寫為 (2－8) 離散傅立葉變換(DFT)與快速傅立葉變換(FFT) DFT對(duì)一個(gè)離散信號(hào)(或序列)進(jìn)行傅立葉變換時(shí)，得到的是在頻域中的連續(xù)頻譜，這是一個(gè)由無限數(shù)據(jù)構(gòu)成的連續(xù)函數(shù)。對(duì)于一個(gè)有限時(shí)間段內(nèi)的離散信號(hào)(或一個(gè)序列)，可以用解析延拓地概念將它看為以此時(shí)間段為周期的不斷重復(fù)的周期函數(shù)而應(yīng)用DFS將它進(jìn)行變換，所得就是可以代表該時(shí)間段信號(hào)的傅立葉頻譜，它依然是一個(gè)具有有限個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)的離散頻譜。DFT的正變換對(duì)為 (2－9)從形式上看，式2－9的第二式類似取有限項(xiàng)的傅立葉級(jí)數(shù)，其中是第h次諧波的傅立葉系數(shù)。提高DFT的計(jì)算速度目前主要采用一下兩種方法。圖2－3(a)中，不帶系數(shù)的線段表示右端物理量Y＝X，X為左端物理量，如果線段上標(biāo)以系數(shù)a，則Y＝aX。前N/2個(gè)相當(dāng)于前述的A(h)。例如當(dāng)N＝2048時(shí)，所以FFT算法提高運(yùn)算速度是十分有效的。表2－1 N＝8時(shí)的兩種排列順序規(guī)律自然順序二進(jìn)制表示倒位二進(jìn)制數(shù)倒位序0000000010011004201001023011110641000011510110156110011371111117 即位運(yùn)算即位運(yùn)算是指當(dāng)把數(shù)據(jù)存入輸入存儲(chǔ)器中后，每一級(jí)運(yùn)算的結(jié)果都存在相應(yīng)的輸入存儲(chǔ)器中，直到計(jì)算出最后計(jì)算結(jié)果。 //碼位倒置int xx。x0=iamp。x4=(i/16)amp。i++){ dataR[i]=dataI[i]。實(shí)質(zhì)是：第二、第三層循環(huán)完成了第L級(jí)的計(jì)算。 i=L1。 */{p=p*2。 temp=dataR[k+b]。這些MCU的性能都非常的好，雖然與DSP相比外圍功能很強(qiáng)大，但同它一樣，這些類型的CPU引腳數(shù)比較多，手工焊接不易，必須使用專門的開發(fā)工具才能進(jìn)行學(xué)習(xí)開發(fā)。本設(shè)計(jì)選用MEGA系列的ATmega32L單片機(jī)，ATmega32有如下特點(diǎn)：32K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)，1024 字節(jié) EEPROM， 2K 字節(jié) SRAM，32 個(gè)通用I/O 口線，32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器(T/C), 片內(nèi)/ 外中斷，可編程串行USART，面向字節(jié)的兩線串行接口， 8 路10 位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益(TQFP 封裝) 的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。5V的穩(wěn)壓電壓。當(dāng)AVR在工作時(shí)，按下S0開關(guān)時(shí)，復(fù)位腳變成低電平，觸發(fā)AVR芯片復(fù)位。Mega系列實(shí)際使用時(shí)，這兩只小電容不接也能正常工作。使用雙排25插座。以雙龍公司的SLISP()MCU在線編程軟件為例，說明熔絲位的設(shè)置。ADC能測(cè)量的電壓范圍是0～，留出來的10％左右的裕量是因?yàn)楣╇娤到y(tǒng)的電壓也可能會(huì)有10％的波動(dòng)，留出來的裕量不夠，采樣出來的波形會(huì)削掉波峰和波谷，會(huì)為諧波分析帶來嚴(yán)重的影響。諧波分析的主體程序流程如圖4－1左，定時(shí)器中斷程序流程如圖4－1右。定義float dataR[65]={0}存放采集得到的數(shù)據(jù)，因?yàn)椴杉牡谝粋€(gè)電壓數(shù)據(jù)是上次FFT計(jì)算前就已經(jīng)量化出來的了，所以程序中采用一個(gè)變通的辦法，多采集一個(gè)數(shù)據(jù)，在FFT計(jì)算前將其舍去。對(duì)UART的設(shè)置為9600kbps, 8 Data, 1 Stop, No Parity, Asynchronous,相應(yīng)的寄存器設(shè)置為UCSRA=0x00；UCSRB=0xD8；UCSRC=0x86；UBRRH=0x00；UBRRL=0x2F。 A/D采集與存儲(chǔ)交流電壓信號(hào)量的采集結(jié)果由定時(shí)器中斷控制，每次定時(shí)中斷讀取一次ADC結(jié)果，存入dataR數(shù)組中并啟動(dòng)下一次A/D轉(zhuǎn)換，這樣帶來的問題是每組第一個(gè)數(shù)據(jù)與第二個(gè)數(shù)據(jù)的采集時(shí)間間隔要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1/3200秒，因此需要多采集一個(gè)數(shù)據(jù)并舍去第一個(gè)數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)中，只考慮電壓有效值和各次諧波含量及THDU的計(jì)算問題。因此對(duì)諧波含量可以通過模值的比值來求解。 itoa(i,tempstr)。//打印總諧波畸變率 strcat(tempstr,s2)。 UDR=tx_buffer[tx_rd_index]。 }else UDR=c。()、strcpy()、strcpyf()()、ftoa()等字符串操作函數(shù)完成數(shù)字向字符串的轉(zhuǎn)換，通過puts()函數(shù)調(diào)用putchar()函數(shù)完成發(fā)送。5. 提高分析精度方法的研究 計(jì)算結(jié)果的處理在初步設(shè)計(jì)軟件的過程中，并未考慮對(duì)計(jì)算結(jié)果取平均值，而是是采樣64點(diǎn)后馬上進(jìn)行計(jì)算并顯示。此外因傳感器件的傳感特性問題，還需要對(duì)采集得到的信號(hào)做擬合處理。圖中，被測(cè)工頻信號(hào)經(jīng)過中心頻率50Hz、帶寬不超過25Hz的帶通濾波器選頻后，由整形電路處理成方波信號(hào)，然后輸入到由鎖相環(huán)和計(jì)數(shù)器組成的鎖相倍頻電路。一．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論是巨量信息并行處理和大規(guī)模平行計(jì)算的基礎(chǔ)，它既是高度非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，又是自適應(yīng)組織系統(tǒng)，可用來描述認(rèn)知、決策及控制的智能行為。三．小波分析法小波變換是新的多尺度分析數(shù)字技術(shù)，它通過對(duì)時(shí)間序列過程從低分辨率到高分辨率的分析，顯示過程變化的整體特征和局部變化行為。圖x－1 第三次測(cè)量結(jié)果表示的電壓圖形由此可以看出，本設(shè)計(jì)對(duì)諧波含量的分析基本正確，達(dá)到了設(shè)計(jì)的基本要求。致 謝本學(xué)位論文是在石新春老師和謝志遠(yuǎn)老師的精心選題和悉心指導(dǎo)下完成的，課題的每一部分工作都凝結(jié)著他們的關(guān)懷和鼓勵(lì)。float dataI[64]={0}。 float mode[23]。F_done=1。int xx。0x01。0x01。 }/************** FFT *******************/for(L=1。j++) /* for (2) */{ p=1。k=k+2*b) /* for (3) */{/* printf(p=%d ,p)。} /* END for (3) */} /* END for (2) */} /* END for (1) */}void main(void)
。 TI=dataI[k]。while(i0) /* p=pow(2,7L)*j。L++) { /* for(1) */b=1。 dataI[xx]=dataR[i]。0x01。/********** 逆序部分************/for(i=0。 ADCSRA|=(14)。bit F_done=0。char tempstrnm[16]。這一切都鼓勵(lì)著我今后去取得更大的進(jìn)步來報(bào)答恩師的培養(yǎng)和教誨。造成平頂波形的原因之一是變壓器鐵心飽和，因此有部分干擾可能是由于用變壓器做電壓傳感器造成的。小波變換的優(yōu)點(diǎn)是：(1)具有時(shí)－頻局部化的特點(diǎn)，特別適合突變信號(hào)和不平穩(wěn)信號(hào)分析。(2)不必建立精確數(shù)學(xué)模型，只考慮輸入輸出關(guān)系即可。由于鎖相倍頻電路實(shí)時(shí)地跟蹤著工頻信號(hào)的變化，因此，模數(shù)變換器的采樣脈沖始終是被測(cè)信號(hào)基波頻率的整數(shù)倍，實(shí)現(xiàn)了對(duì)頻率漂移信號(hào)的同步采樣。軟件措施是基于近可能最大限度地減小非同步采樣誤差的思想。表5－1是華北電力大學(xué)學(xué)一社宿舍樓6月17日上午8時(shí)，用單片機(jī)對(duì)220V線路電壓的連續(xù)三次測(cè)量結(jié)果(只取諧波的2～7次便于分析)：表5－1 6月17日AM8時(shí)的三次諧波分析結(jié)果測(cè)量值第一次結(jié)果第二次結(jié)果第三次結(jié)果RMS