【正文】 立則根據(jù)不同的標(biāo)志向上位機(jī)傳送不同的測量數(shù)據(jù)，如不成立則跳過發(fā)送程序。給出了主程序流程圖 、數(shù)據(jù)采集和處理程序流程圖、 通 信 流程圖 和鍵盤與液晶顯示程序流程圖 。 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的精度主要取決于 AD轉(zhuǎn)換器的分辨率。 28 結(jié)論 本文首先分析了電力參數(shù)測量儀器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，簡要介紹了目前電力參數(shù)測量儀器研制過程中所采用的部分技術(shù)及各自的 優(yōu)缺點(diǎn)。 由于經(jīng)驗(yàn)和時(shí)間由限，還有許多方面需要完善和進(jìn) 一步的研究。 衷心地感謝所有給予我關(guān)心和幫助的老師、同學(xué)們，謝謝你們 32 附錄 A/D 轉(zhuǎn)換程序 主程序： //寄存器 cesi 用于測試每個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 include“” int ADRESULT[16]。 //B0 被配置為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 SCSR1=0x81fe。 //T4 周期中斷標(biāo)志出發(fā) A/D 轉(zhuǎn)換器 EVBIFRB=0x0FFFF。 //轉(zhuǎn)換通道是 0～ 15 } //啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換子程序（通過啟動(dòng)定時(shí)器 4 的方式間接啟動(dòng)） void ADSOC() { T4CON=T4CON|Ox40。 //檢驗(yàn)每個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果 } ADCTRL2=ADCTRL2|0x4200。 //開總中斷，因?yàn)橐贿M(jìn)入中斷總中斷就自動(dòng)關(guān)閉 } main() { disable()。 } //A/D 中斷服務(wù)子程序 void interrupt adint() { asm(clrc SXM)。 //采樣時(shí)間窗口預(yù)定標(biāo)位 ACQ PS3~ACQ PS0為 0 33 //轉(zhuǎn)換時(shí)間預(yù)定標(biāo)位 CPS 為 0， A/D 啟動(dòng) /停止模式， //排 序器為連級(jí)工作方式，且禁止特殊的兩種工作模式 ADCTRL2=0x8404。 //不使能看門狗，永軟件禁止看門狗 IMR=0x0001。 //定義一個(gè)指針變量 j int i=0x00,cesi。作為一個(gè)沒有任何設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的本科生來說，本次的設(shè)計(jì)存在著許多考慮不周，需要進(jìn)一步完善的地方。主要成果有： 制訂了總體方案并加以論證。 軟件算法誤 差，主要是在微處理器根據(jù)各種測量算法計(jì)算所需要的參數(shù)時(shí)產(chǎn)生的，主要取決于所選用的算法和處理器的性能。裝置的系統(tǒng)測量誤差主要來源于兩方面：硬件電路 (包括電壓電流互感器、濾波電路、 AD轉(zhuǎn)換器等 )誤差和算法誤差。 每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸都是從起始位開始，隨后是要傳送的數(shù)據(jù)，然后是奇偶校驗(yàn)位，最后是停止位，兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)的傳送可以有我們自己控制。 開 始返 回啟 動(dòng) A D 轉(zhuǎn) 換初 始 化 定 時(shí) 器 0發(fā) 送 轉(zhuǎn) 換 完 成 信 號(hào)在 1NT0中 斷 程 序 中讀 取 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果 圖 數(shù)據(jù)采樣流程圖 23 F L A G = 0 ?J = 1 0 2 4 ？J = 0F L A G = ! F L A G中 斷 入 口讀 取 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果 并 存到 緩 沖 區(qū) 1 中 j = j + 1讀 取 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果并 存 到 緩 沖 區(qū) 2中 j = j + 1返 回NNYY 圖 A/D中斷服務(wù)程序流程圖 數(shù)據(jù)處理程序 數(shù)據(jù)處理部分主要是對(duì)數(shù)據(jù)采集部分得到的離散信號(hào)進(jìn)行處理，運(yùn)用各種算法實(shí)現(xiàn)各電量參數(shù)的計(jì)算和分析。按照中斷的概念，低優(yōu)先級(jí)中斷不能打斷高優(yōu)先級(jí)中斷，而高優(yōu) 先級(jí)中斷可以隨時(shí)打斷低優(yōu)先級(jí)中斷。 VOUT 為液晶控制板上的 DCDC 模塊輸出電壓(+26V)， V0 為液晶顯示對(duì)比度調(diào)整電壓，通過調(diào)節(jié)可變電位 器，可以調(diào) 節(jié)液晶屏的顯示對(duì)比度 。 程序控制掃描程序一般應(yīng)具備下述幾個(gè)功能：①判斷鍵盤上有無鍵 按下；② 去除鍵的抖動(dòng)影響；⑧掃描鍵盤，得到按下鍵的鍵號(hào)。由于數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)系統(tǒng)的控制器是工控機(jī)，采用的是 232電平，而數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)采用的是 TTL電平，兩者之間不能直接進(jìn)行通訊，這里我們采用 MAX232芯片來完成電平轉(zhuǎn)換。 DSP 系統(tǒng)的引導(dǎo)裝載 (Bootload)是指在系統(tǒng)加電時(shí)， DSP 將一段存儲(chǔ)在外部的非易失性存儲(chǔ)器的代碼移植到內(nèi)部的高速存儲(chǔ)器單元中去執(zhí)行。設(shè)計(jì)中將 SDRAM配置在 CE2和 CE3空間， 將 CEl空間分配給 FLASH用。 (10)8M 16bit的最大可訪問外部存儲(chǔ)空間。 TMS320VC5502 的主要特性 TMS320VC5502芯片的主要特性如下． (1)200／ 300M HZ的時(shí)鐘周期，每個(gè)周期可以執(zhí)行一條或兩條指令。它通過提高并行性及降低片內(nèi)資源的功耗達(dá)到高性能低功耗的目的。 由于 ADS8364與 TMS320VC5502都是 ， TI公司提供的高速芯片，兩者在速度上能夠完全匹配，實(shí)現(xiàn)芯片間的無縫連接。模擬電源為單 +5V供電，將 ADS8364的 REFin和 REFout引腳接到一起可以輸出 +2． 5V的參考電壓提供給差分電路。 我們要檢測的信號(hào)包括三相電壓、三相電流共 6路，在監(jiān)測中，除了要知道每路信號(hào)值的大小之外。 R 6 0R 6 1R 6 3++L M 3 2 4+ 5 V 5 VL M 3 3 9+ 5 V 5 VR 6 2R 6 4R 6 5C A P 4D 1 3 圖 頻率測量電路 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì) 數(shù)字測量系統(tǒng)的測量精度與 A／ D轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)有很大關(guān)系， A／ D轉(zhuǎn)換器是整個(gè)數(shù)字電路的核心器件，在整個(gè)電氣測量系統(tǒng)中占有重要地位，因此必須首先合理地選擇 A／ D轉(zhuǎn)換器。 13 信號(hào)采集部分設(shè)計(jì) 電壓和電流的檢測與調(diào)理電路 電壓和電流的檢測與調(diào)理電路的主要功能是把互感器輸出的 mA 級(jí)弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成適合 DSP 采樣的電壓信號(hào)。 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的硬件平臺(tái)由一片 DSP(TMS320VC5502)，結(jié)合眾多的外圍接口芯片組成的 ，它主要有以下幾個(gè)模塊組成： 處理器模塊：由 DSP芯片 TMS320VC5502及相應(yīng)的外圍電路組成，主要用來控制數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)處理工作。 由于在尋找插值點(diǎn)時(shí)用到了峰值點(diǎn)附近的兩條譜線，因此稱該方法為雙譜線插值算法。通過控制多項(xiàng)式逼近的次數(shù)，可以有效地控制逼近的精度。 峰值頻率 00f k f??很難正好位于離散譜線頻點(diǎn)上，也就是說 0k 一般不是整數(shù)。 首先，需要專門測頻電路，首先采用前置低通濾波器，濾除電壓 (電流 )信號(hào) 8 中的諧波分量，以避免測量結(jié)果受到諧波的影響，增加了硬件投資。 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行誤差分析。還有一些廠家采用模擬／數(shù)字變換型電能測量專用芯片 (如 AD公司的 AD7755系列芯片和 ATMEL公司的 AT73C501芯片組 )開發(fā)出來的產(chǎn)品，雖然在電能計(jì)量上取得了很好的精確度，但整體應(yīng)用范圍較窄，無法實(shí)現(xiàn)功能的多樣性，移植性較差，對(duì)于高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理也不適合。應(yīng)用于電力系統(tǒng)的電力參數(shù)實(shí)時(shí)測量功能，在變電站一級(jí)一般都由遠(yuǎn)動(dòng)裝 RTU(Remote Terminal Unit)來實(shí)現(xiàn)；而在普通應(yīng)用環(huán)境中由于側(cè)重于電量的計(jì)量功能則多采用電能表來實(shí)現(xiàn)，主要是通過將有功功率對(duì)時(shí)間積分的方式進(jìn)行有功電能的計(jì)量。 采用TI 公司的 TMS320VC5502 芯片作為主處理器。采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行電力參數(shù)的測量，在提高測量精度、實(shí)時(shí)性和智能化方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文 頻率測量方法是硬件測量法 。 最后，通過對(duì)裝置進(jìn)行誤差 分析，基本達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。另一種是近幾年隨著電子工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的電子式電能表，它是利用電流和電壓作用于固態(tài)電子器件而產(chǎn)生電能輸出量的電能計(jì)量儀表。 本課題的研究工作就是在此背景下展開的。從概率統(tǒng)計(jì)的意義上，各節(jié)點(diǎn)的頻率是相等的，并在作同步的變化。信號(hào)周期 1T f? ， 將信號(hào)周期 N等分，就可得到信號(hào)的采樣間隔，從而實(shí)現(xiàn)采樣頻率對(duì)系統(tǒng)頻率的跟蹤。顯然， ? 的數(shù)值范圍是 ? ?,? ，它是以原點(diǎn)為對(duì)稱的。 在對(duì)幅值進(jìn)行修正時(shí)，直接對(duì) 1k 和 2k 兩根譜線進(jìn)行加權(quán)平均，從而計(jì)算出實(shí)際的峰值點(diǎn)的幅值。 而在存在諧波的非正弦情況 F，有功功率定義為： 01TP uidtT? ? （ ） 11 經(jīng)離散化后，以一個(gè)周 期內(nèi)有限個(gè)采樣電壓和電流瞬時(shí)值來代替一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)變化的電壓和電流函數(shù)值，則單相有功功率離散化后得： 101 ( ) ( )NnP u n i nN??? ? （ ） 其中： P有功功率 N個(gè)周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù) )(nu 、 )(ni 電壓、電流瞬時(shí)采樣值 三相總的有功功率為各單相有功功率之和 : 1 1 10 0 01 ( ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) )N N Na a b b c cn n nP u n i n u n i n u n i nN? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? （ ） 單相視在功率的測量： IUS ?? （ ） 其中： U、 I電壓、電流有效值 視在功率為各單相視在功率之和： A A B B C CS U I U I U I? ? ? () 無功功率 為 ： 22 PSQ ?? （ ） 根據(jù)已經(jīng)所得的有功功率和視在功率，可得功率因數(shù)： cos( ) PS? ? （ ） 本章小結(jié) 本章主要 從理論上分析了本裝置所需測量的電壓／電流有效值、功率 等的測量原理，并給出了具體計(jì)算公式 。 存儲(chǔ)器模塊：由 SDRAM芯片 HY57v6432200CT和 FLASH芯片 39VF400A組成。 由電流互感器副邊輸出的是交流信號(hào)，存在正負(fù)特性。這得益于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同 步采樣模塊一般采用多個(gè)采樣保持器、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和高速分辨率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換囂來 15 構(gòu)成，這樣構(gòu)成硬件開銷很大，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且同步效果不一定理想，如果能找到合適的 A／ D轉(zhuǎn)換芯片，具有 6通道，且 6通道能夠同時(shí)采樣，則可以省去多個(gè)采樣保持器、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，使設(shè)計(jì)工作大為簡化，且使準(zhǔn)確度得到保證。 A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)果為 16位，數(shù)據(jù)輸出方式很靈活，分別由 BYTE、 ADD與地址線 A2A1A0的組合控制。 ADS8364采用 +5V模擬電源 (AVDD)和數(shù)字電源 (DVDD)。 16 的主要外設(shè) TMS320VC5502內(nèi)部集成了許多外圍設(shè)備，以便于控制與片外的存儲(chǔ)器、 協(xié) 處理器、主機(jī)及串行設(shè)備的通信。 (4)一個(gè) 16bit的 ALU，與 40比特的 ALU并行運(yùn)算。 (13) I／ 0電壓， 。本系統(tǒng)中采用 SDRAM作為外接存儲(chǔ)器之一，它是 DSP單元存儲(chǔ) A／ D轉(zhuǎn)換后的采樣數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)運(yùn)算輸出的中間及最終結(jié)果的場所。 FLASH 是一種高密度、非易失性的電可擦寫存儲(chǔ)器，而且單位存儲(chǔ)比特的價(jià)格比傳統(tǒng)的 EPROM 要低，十分適合于低功耗、小尺寸和高性能的便攜式系統(tǒng)。鍵盤是最簡單的輸入設(shè)備，是人工干預(yù)計(jì)算機(jī)的主要手段，與顯示器同屬人機(jī)通信部分。 按鍵設(shè)置在行列線交叉點(diǎn)上，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。通過各模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力參數(shù)測試儀的硬件電路。 引 導(dǎo) 程 序 入 口采 集 次 數(shù) 到 ？向 上 位 機(jī) 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) ？調(diào) 用 數(shù) 據(jù) 處 理 子 程序采 集 數(shù) 據(jù)程 序 初 始 化調(diào) 用 串 行 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 子程 序NYNY啟 動(dòng) 定 時(shí) 器 0 圖 主程序流程圖 22 數(shù)據(jù)采集程序 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，由 TMS320VC5502片上定時(shí)器 0輸出觸發(fā)信號(hào)，作為 AD轉(zhuǎn)換的啟 動(dòng)信號(hào)。頻域的計(jì)算中， 先計(jì)算頻率，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行加窗處理，接下來完成 諧波的計(jì)算。包括鍵盤與液晶顯示程序設(shè)計(jì)等。這部分電路產(chǎn)生的誤差具有一定的非線性性質(zhì)。這兩部分誤差均是由于元件參數(shù)和材料特性的離散性造成的。 完成了相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理和通信的功能， 系統(tǒng)程序采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想 。 在找工作上，老師也給予了我極大的支持和關(guān)心。 } //系統(tǒng)初始化子程序 void initial() { asm(setc SXM)。 //T4 計(jì)數(shù)器清 0 T4CON=0x170C。 CHSELSEQ1=0x7654。i=15。 //A/D 初始化程序 34 e