【正文】 可以利用計算機通用接口外接處理電路。要滿足實時性，就要求電路處理速度符合要求。在采集過程中為了保持信號的有用信息，需要對采集速度和精度等指標做出要求，只有符合計算機才能正確的做出分析和處理。數(shù)據(jù)采集是計算機獲取信息的重要手段，能完成上述過程的系統(tǒng)，稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[1]。數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)成為計算機應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這就要求全面準確的取樣電壓電流數(shù)據(jù)，進行諧波的分析計算，從而準確掌握諧波能量的吸收及產(chǎn)生情況，了解諧波含有率等有關(guān)數(shù)據(jù)，全面監(jiān)測電力質(zhì)量，并可以以此為依據(jù)進行合理的收費，同時也可以采取相應(yīng)的抑制手段，以減少電網(wǎng)中的諧波成分。這是一種非常不合理的現(xiàn)象。這樣的計量結(jié)果使產(chǎn)生了污染的非線性負載不僅不用為產(chǎn)生了諧波負責任，而且還可以頂?shù)舨糠终５哪芰肯?，降低了其真正的使用成本。因此也就造成了這樣一種現(xiàn)象，非線性負載吸收基波，產(chǎn)生了一定量的諧波，在計量時，總的功耗量是吸收的基波能量減去產(chǎn)生的諧波能量。而在含有諧波的電力供應(yīng)中，線性負載吸收的能量就包括基波和諧波提供的能量，而基波提供的是有用功，諧波提供的不僅是無用功，而且還可能會造成危害。電力系統(tǒng)中的負載分為兩類，一類是線性負載，另一類是非線性負載。所以，整治電力諧波的任務(wù)已經(jīng)是迫在眉睫，清除電力污染，是一件利國利民的好事。 諧波的存在的一個問題是影響了設(shè)備的正常工作，降低了電器設(shè)備的使用壽命，為了在這個環(huán)境下能夠正常的工作，就要在研制生產(chǎn)帶過程中做很多額外的工作，使設(shè)備提高對諧波的承受能力，當然這些都是以增加額外成木為代價的。此外用電設(shè)備長期存在嚴重的諧波的環(huán)境下工作，設(shè)備的使用壽命也會受到很大影響的。對于信號傳輸?shù)脑O(shè)備來說，諧波會使傳輸信號的誤碼率增加，嚴重時可能直接淹沒信號，使信號根本無法識別。例如，電機受諧波的影響，傳輸效率降低，功率損耗加大，同時還會產(chǎn)生嚴重的噪聲，甚至由于克服無用功而要提高功率，導(dǎo)致大量的熱的產(chǎn)生，使電機使用壽命縮短，嚴重時直接損毀設(shè)備。隨著非線性負載的快速增加，諧波對電力系統(tǒng)的污染也日趨嚴重。而英國從六十年代電子技術(shù)快速發(fā)展開始，若不對諧波加以有效的控制，到八十年代末，英國的電力系統(tǒng)供電電壓畸變率可能高達100k。但隨著社會的發(fā)展，這類用電設(shè)備的大量增加，己經(jīng)構(gòu)成了一個產(chǎn)生電力諧波的群體，它們產(chǎn)生的諧波總和已經(jīng)不能再被忽略，而成為了電力系統(tǒng)諧波的一個主要來源。 非線性負載包括各種各樣的電力電子裝置，如電弧類設(shè)備，家用電器以及一些高新技術(shù)應(yīng)用的多種設(shè)備。 研究表明，非線性負載在使用中，由于其獲得的電流和電壓是一種非線性關(guān)系的，故可產(chǎn)生畸變的電流，畸變電流反饋到電路回路中又會引起電壓的畸變?，F(xiàn)代人們對電的依賴有增無減表現(xiàn)在科研、生產(chǎn)、交通、運輸、生活、娛樂等等各個方面。s increase of the nonlinear loads in power system,harmonics pollution of the power system is of power harmonics is very only affects the life of power equipment in the grid,but also affects the grid39。 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應(yīng)用USB總線技術(shù)不僅實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、傳輸和保存數(shù)據(jù)的功能，并且使系統(tǒng)具有了即插即用的特點。在對上述傳感器和芯片作了詳細地介紹后，也給出了系統(tǒng)的硬件設(shè)計電路，包括A/D轉(zhuǎn)換器與接口芯片的連接設(shè)計，電源轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計等，并對電路的PCB制作提出了工藝要求。隨后，對USB的體系結(jié)構(gòu)進行了深入的分析，結(jié)合電力諧波數(shù)據(jù)采集的特點，詳細地介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件開發(fā)。針對電力諧波進行研究，找到防治辦法是非常重要的，防治的首要前提就是及時正確的獲取諧波數(shù)據(jù)?；赨SB的電力諧波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)摘要：電力是人們生活越來越不可缺少的一種能源，但是隨著非線性負載在電力系統(tǒng)中的增加，使得電力系統(tǒng)受到的諧波污染日趨嚴重。電力諧波帶來的危害，既影響電網(wǎng)中接連設(shè)備的壽命，也影響電網(wǎng)的自身安全。 本文針對要獲取的電力諧波數(shù)據(jù)進行了分析，提出了基于USB的數(shù)據(jù)采集方案，并比較了基于傳統(tǒng)總線的數(shù)據(jù)采集方式。其中，硬件部分完成了傳感器的選擇，A/D轉(zhuǎn)換器的選擇，并選擇了Cypress公司的CY7C6801356pin芯片為作為接口的核心芯片。在軟件部分，詳細闡述了CY7C68013在固件控制下，進行的數(shù)據(jù)采集和傳輸，文中還介紹了USB的驅(qū)動程序設(shè)計過程，以及上位機管理程序的設(shè)計，最后，完成了一個用USB對電力諧波信號的進行采集的完整系統(tǒng)。關(guān)鍵詞:電力諧波，數(shù)據(jù)采集，USB，固件，驅(qū)動程序 Power harmonic data acquisition system Based on USBAbstract: Electricity is an essential source of energy for people39。s own study the power harmonic so as to find the way of control is very get the data of harmonic is the primary prerequisite for prevention.Through analysis of the data acquisition,the program of data acquisition based on USB was put forward in the paper,and pare with the traditional busbased data acquisition ,the architecture of the USB was deeply as the features of power harmonic data acquisition,the detailed hardware and software design was the hardware section,choice of sensor and A/D converter was introduced,and With the CY7C6801356pin chip of Cypress Company as the core for the entire data acquisition system based on USB is sensor and chip were introduced design is pleted,including design of A/D converter and interface chip connection,and design of power conversion circuits, technology of PCB process was the software part,the data collection and transmission were controlled by firmware in USB driver design process and the design of PC management procedures were introduced in the ,the system of data acquisition based on USB was designed plete.The data acquisition system used the USB technology to acquire、transmit and save data have the attributes of plusandplay.Key word: harmonics in power system,data acquisition,USB,firmware,driver program 1 序 言 課題研究背景 電力諧波 隨著社會的發(fā)展進步，電器設(shè)備的大量應(yīng)用，人們生活的方方面面越來越離不開電力能源，各種各樣的用電設(shè)備，方便了人們的生活和工作。隨著科技水平的進步，人們對電力資源的認識也越來越透徹，從而發(fā)現(xiàn)了電力資源中存在著諧波現(xiàn)象，電力諧波對電力供應(yīng)有著非常嚴重的影響。從而形成對電力系統(tǒng)的污染。這些類型的設(shè)備就單個個體而言，所產(chǎn)生的諧波不大。 世界各國的電力發(fā)展過程也說明了這一點，美國在上世紀九十年代中后期非線性負載比1992年上升了4污倍。在電子領(lǐng)域飛速發(fā)展的日本也面臨著同樣的問題，就其換流裝置一種設(shè)備而言，從1990年到2000年的十年間，若不加以控制，估計產(chǎn)生的諧波量和電力系統(tǒng)容量的比例能上升2倍左右。而諧波的存在對于用電設(shè)備而言，存在著不同程度的影響和危害。對于繼電器和自動控制設(shè)備來說，諧波可能會造成信號識別錯誤，而產(chǎn)生錯誤動作，直接造成控制失誤，也會帶來的危害。對于一些精密的儀器儀表等設(shè)備而言，諧波會使測量的數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的偏差，而直接影響到測量的結(jié)果。電力諧波的存在就是對電力網(wǎng)絡(luò)的污染。同時，諧波的存在，大大增加了能耗，造成電力資源的浪費，也不符合現(xiàn)在提倡的“低碳”生活的要求，加之諧波分布范圍廣，可以在整個電網(wǎng)中傳播，嚴重時更會直接造成人身的傷害和財產(chǎn)損失。 要想治理電力諧波，對電力諧波污染進行控制，那么它的前提就是對電力諧波的準確測量。在電力供應(yīng)中，非線性負載的接入，破壞了電壓和電流的線性關(guān)系，產(chǎn)生了與供電基波頻率有著倍頻關(guān)系的諧波，并會把產(chǎn)生的諧波回送到電力供應(yīng)網(wǎng)中。但是，現(xiàn)在的用電計量設(shè)備只是對簡單的功耗進行計量，也就是說，它計量的是基波能量與諧波能量之和。而線性負載消耗的能量則是基波能量加上無用的甚至是有危害的諧波能量。而線性負載，則不僅要為自己的正常消耗埋單，而且要為自身受到的諧波污染埋單。 要克服這種不合理的現(xiàn)象，就需要從電力測量這個根本入手，也就是在測量時，不僅能計量基波的能量，而且對諧波也能進行全面的監(jiān)測。 數(shù)據(jù)采集計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，使得計算機進入了越來越多的行業(yè)，計算機在各行業(yè)的廣泛應(yīng)用就要求計算機要獲取各種應(yīng)用環(huán)境或?qū)ο蟮南嚓P(guān)數(shù)據(jù)，然后才能進行分析和處理。數(shù)據(jù)采集就是把待處理的物理信息通過相應(yīng)的傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過適當?shù)男盘栕儞Q，傳送給計算機進行存儲、處理、轉(zhuǎn)換、顯示的過程。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)覆蓋了多個領(lǐng)域，因此采樣的信號也是多種多樣，采集系統(tǒng)要根據(jù)信號的不同類型選擇合適的傳感器、轉(zhuǎn)換電路，把采集的信號轉(zhuǎn)換成計算機能正確識別和處理的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就其應(yīng)用領(lǐng)域，多是實時性系統(tǒng)，實時的處理和實時的控制傳輸是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一大特點。另外準確、方便、安全和低成本也是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)就注意的要求。機箱內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，曾經(jīng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主流，因為當時微機上配置的是RS232或RS485串口，由于其傳輸速率較低，常常會使數(shù)據(jù)吞吐量受到限制，所以只有在信號取樣頻率不高的場合才使用。ISA插槽是基于ISA總線(Industrial standard Architecture，工業(yè)標準結(jié)構(gòu)總線)的擴展插槽。所以，ISA逐漸被淘汰，現(xiàn)在的微機主流配置中已經(jīng)沒有了IsA的身影。PCI總線(Peripheral Component Interconnect，外設(shè)組件互連)總線是目前數(shù)據(jù)采集機內(nèi)系統(tǒng)主要使用的接口。 1993年又出現(xiàn)了與之標準相同，數(shù)據(jù)位數(shù)增加到64位的PCIX總線。目前，PCI技術(shù)還在不斷的發(fā)展，新的 PCIExpress已經(jīng)應(yīng)用到微機當中。加之具有總線結(jié)構(gòu)簡單，成木低、設(shè)計簡單等優(yōu)點，使其應(yīng)用范圍廣泛。 利用計算機配置的標準接口和數(shù)據(jù)采集電路連接通信，是現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個趨勢，主要是利用USB(Universal serial Bus)接口和IEEE1394接口等