【正文】 本文基于MSP430F149單片機(jī)，其最大采樣頻率為25 600 Hz，RS232串行通信波特率為9 600 bps結(jié)合由四雙向模擬開(kāi)關(guān)CD4066與RC帶通濾波電路等構(gòu)成。1996年，IEEE將每?jī)赡暾匍_(kāi)一次的電力諧波國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議更名為電力諧波與電能質(zhì)量學(xué)術(shù)會(huì)議，把電能質(zhì)量提高到一個(gè)新的高度來(lái)認(rèn)識(shí)。二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外有關(guān)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的研究正掀起高潮，從所適用的功率理論的擴(kuò)展,到電能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立；從全國(guó)性的電能質(zhì)量普查、監(jiān)測(cè)到用戶終端電氣環(huán)境的定義。電能質(zhì)量直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的總體效益。教研室主任簽字時(shí)　間 　　 年　 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題　目簡(jiǎn)易電能質(zhì)量分析儀設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)班級(jí)專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化一、研究背景 隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，在現(xiàn)代人類(lèi)社會(huì)生活中電力已經(jīng)成為不可缺少的重要能源之一。四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn)1. 有關(guān)MSP430f149單片機(jī)方面的文獻(xiàn)資料；2. 有關(guān)濾波方面的文獻(xiàn)資料；3. 有關(guān)電源模塊方面的文獻(xiàn)資料；4. 有關(guān)諧波分析的資料。三、研究方法 。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 簡(jiǎn)易電能質(zhì)量分析儀設(shè)計(jì)Design of Simple Power Quality Analyzer 2012 屆 電氣與電子工程 學(xué)院專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 20082341 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期 2012年 5 月 30 日畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)單姓名學(xué)號(hào)班級(jí)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)易電能質(zhì)量分析儀指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師職稱副教授講師評(píng) 定 成 績(jī)指導(dǎo)教師得分評(píng)閱人得分答辯小組組長(zhǎng)得分成績(jī)： 院長(zhǎng) 簽字： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題　目 簡(jiǎn)易電能質(zhì)量分析儀學(xué)生姓名學(xué)號(hào)班級(jí)專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位電氣與電子工程學(xué)院導(dǎo)師姓名導(dǎo)師職稱副教授講師一、主要內(nèi)容 采用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易電能質(zhì)量檢測(cè)儀，可以實(shí)現(xiàn)9次諧波電氣值的測(cè)量。 基本要求1. 能得到電壓、電流有效值、功率、功率因數(shù)；2. 諧波電路設(shè)計(jì)要合理，可以得到相應(yīng)的諧波值；3. 硬件成果數(shù)據(jù)測(cè)試；4. 用Protel完成電路圖繪制。2. 通過(guò)比較和計(jì)算完成各種設(shè)備的選擇；3. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，調(diào)試完成各模塊電路設(shè)計(jì)。五、進(jìn)度計(jì)劃1. 第1周第3周 收集相關(guān)文獻(xiàn)資料，完成開(kāi)題報(bào)告；2. 第4周第7周 進(jìn)行方案論證，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案：3. 第8周第13周 完成硬件電路設(shè)計(jì)； 4. 第14周第16周 整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，準(zhǔn)備答辯。改善電能質(zhì)量對(duì)于電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保障產(chǎn)品質(zhì)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)以及人民生活和生產(chǎn)的正常等均有重要意義。因此，正確的檢測(cè)和分析諧波是有效抑制和補(bǔ)償諧波的基礎(chǔ)，也是提高電能質(zhì)量的基礎(chǔ)。各種電能質(zhì)量問(wèn)題分析方法的提出，以及用戶電力技術(shù)等電能質(zhì)量控制技術(shù)的研究和裝置的開(kāi)發(fā)正深入進(jìn)行。 目前，國(guó)內(nèi)在電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面的研究大多局限在諧波問(wèn)題的范圍內(nèi),也提出和開(kāi)發(fā)了一些監(jiān)測(cè)和改善電能質(zhì)量的電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置，包括各種有源電力濾波器、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置、電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償裝置，以及動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器等，與國(guó)外的差距是非常明顯的。分為單片機(jī)主控制模塊，電源模塊、信號(hào)采集模塊和液晶顯示模塊。設(shè)計(jì)選取了DVDI001臥式穿芯小型精密電壓互感器和TA14194臥式穿芯小型精密交流電流互感器來(lái)來(lái)滿足以上要求。四、預(yù)期達(dá)到的結(jié)果 可實(shí)現(xiàn)對(duì)工頻交流電低次諧波的簡(jiǎn)單電氣特性測(cè)量。指導(dǎo)教師簽字時(shí) 間 　　 年　 月 日摘 要隨著我國(guó)科技的進(jìn)步和生產(chǎn)技術(shù)自動(dòng)化水平的提高，電力已經(jīng)成為現(xiàn)代人類(lèi)社會(huì)中非常重要且必須的能源，因此對(duì)于電 能質(zhì)量的研究就顯得越來(lái)越重要。文章在對(duì)電能質(zhì)量指標(biāo)及其綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種電能質(zhì)量檢測(cè)裝置。在以單片機(jī)MSP430F149構(gòu)成的主控制模塊為基礎(chǔ)的前提下，分別設(shè)計(jì)了電源模塊、信號(hào)采集模塊、輸出顯示模塊。信號(hào)采集模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的采集處理。關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量 MSP430F149 選頻電路 諧波測(cè)量 Abstract With our advances in technology and production technology level of automation, power has bee very important and must be the energy of the modern human ociety, the quality of electricity has bee increasingly important. Power quality monitoring as a key link in the power quality monitoring plays an important role in power system operation and management and technical supervision, but also the necessary means to ensure good quality of power supply of the power system.Designed on the basis of analyzing the indicators of power quality and its prehensive evaluation method, a power quality detection device. This article focuses on the hardware part of the design system. Microcontroller MSP430F149 constitute the main control module based on the premise, namely, design a power supply module, the signal acquisition module, the output display module. AC mains transformer rectifier and voltage regulator output, the power supply module provides power for the system. Signal acquisition module for analog signal acquisition and processing. Various electrical parameters displayed in the output display module 1602.Key words: power quality MSP430F149 selected frequency circuit harmonic measurement目 錄第1章 緒論 1 引言 1 選題背景及設(shè)計(jì)意義 1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 1 我國(guó)的研究現(xiàn)狀 2 本文的主要工作 3第2章 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 4 交流采樣原理 4 電能質(zhì)量參數(shù)算法 5 快速傅里葉變換算法原理 5 基本交流電參數(shù)計(jì)算原理 8第3章 裝置硬件設(shè)計(jì) 11 單片機(jī)主控制模塊 11 MSP430F149單片機(jī)簡(jiǎn)介 12 MSP430F149引腳分布及工作方式 13 電源模塊 15 交直轉(zhuǎn)換模塊 15 退耦電路 16 信號(hào)采集模塊 17 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)介 18 信號(hào)采集電路總體設(shè)計(jì) 18 過(guò)零檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 19 模擬信號(hào)采集電路 20 諧波檢測(cè)電路 21 液晶顯示模塊 23 LCD1602簡(jiǎn)介 23 LCD1602引腳定義 24 1602指令集 25第4章 交流電壓、電流有效值測(cè)試 27 測(cè)試方法： 27 誤差產(chǎn)生原因分析 27第5章 結(jié)論與總結(jié) 29參考文獻(xiàn) 30致 謝 31附錄A 外文資料翻譯 32：英文 32：譯文 43附錄B MSP430F149引腳分布 50附錄C 硬件電路圖 53石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論 引言隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，在現(xiàn)代人類(lèi)社會(huì)生活中電力已經(jīng)成為不可缺少的重要能源之一。公用電網(wǎng)中的諧波電壓和諧波電流就是對(duì)電網(wǎng)環(huán)境最嚴(yán)重的一種污染之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電網(wǎng)用電負(fù)荷中異步電動(dòng)機(jī)占的比例最大。電網(wǎng)諧波含量增加，導(dǎo)致了電氣設(shè)備壽命縮短，網(wǎng)損加大，系統(tǒng)發(fā)生諧波諧振的可能性增加，并聯(lián)電容器不能正常運(yùn)行，同時(shí)可能引發(fā)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的非故障性動(dòng)作，導(dǎo)致儀表指示和電能計(jì)量不準(zhǔn)以及計(jì)算機(jī)、通信受干擾等一系列問(wèn)題。改善電能質(zhì)量對(duì)于電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保障產(chǎn)品質(zhì)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)以及人民生活和生產(chǎn)的正常等均有重要意義。因此人們對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題的重視并非近幾年的事，只不過(guò)早期對(duì)此認(rèn)識(shí)比較簡(jiǎn)單，主要局限在保持電網(wǎng)頻率和電壓水平(即靜態(tài)或平均偏差不過(guò)大)上。因此，正確的檢測(cè)和分析諧波是有效抑制和補(bǔ)償諧波的基礎(chǔ)，也是提高電能質(zhì)量的基礎(chǔ)。 選題背景及設(shè)計(jì)意義 國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外有關(guān)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的研究正掀起高潮，從所適用的功率理論的擴(kuò)展,到電能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立；從全國(guó)性的電能質(zhì)量普查、監(jiān)測(cè)到用戶終端電氣環(huán)境的定義；各種電能質(zhì)量問(wèn)題分析方法的提出，以及用戶電力技術(shù)等電能質(zhì)量控制技術(shù)的研究和裝置的開(kāi)發(fā)正深入進(jìn)行。①理論方面積極開(kāi)展電能質(zhì)量指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系研究。這涉及到如何處理畸變、不平衡現(xiàn)象的功率定義問(wèn)題，這方面國(guó)外已經(jīng)作了大量研究，并給出了一些建議，但至今尚未取得一致意見(jiàn)。這些裝置主要是采用電力電子技術(shù)，一些裝置已相當(dāng)成熟，其產(chǎn)品開(kāi)始進(jìn)入大量實(shí)用化階段。③統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器或稱電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(PQC)。西門(mén)子公司已系列生產(chǎn)出PQC裝置，基于IGBT的PWM換流器，是并聯(lián)型有源電力濾波器和串聯(lián)型有源電力濾波器的組合，是眾多此類(lèi)研制品中較有代表性的產(chǎn)品。④用戶電力技術(shù)。消除電壓波動(dòng)和閃變、各相電壓的不對(duì)稱和供電的短時(shí)中斷，從而提高供電可靠性和電能質(zhì)量的新型綜合技術(shù)。用戶電力技術(shù)控制器包括上面介紹的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器、固態(tài)斷路器、統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器等。目前，國(guó)內(nèi)在電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面的研究大多局限在諧波問(wèn)題的范圍內(nèi)，也提出和開(kāi)發(fā)了一些監(jiān)測(cè)和改善電能質(zhì)量的電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置，包括各種有源電力濾波器、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置、電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償裝置，以及動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器等，與國(guó)外的差距是非常明顯的。目前為適應(yīng)不同需要提出了許多功率成份的定義方法，在其數(shù)學(xué)表達(dá)式、物理意義及實(shí)施方面各有所長(zhǎng)，但距離理論上和實(shí)際上的統(tǒng)一的并易于接受的表達(dá)式尚有一定的差距。分為單片機(jī)主控制模塊，電源模塊、信號(hào)采集模塊和液晶顯示模塊。設(shè)計(jì)選取了DVDI001臥式穿芯小型精密電壓互感器(Potential Transformer，PT)和TA14194臥式穿芯小型精密交流電流互感器(Current Transformer，CT)來(lái)滿足以上要求。信號(hào)調(diào)理電路使－~+ V的抬升。第2章 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 交流采樣原理一般來(lái)說(shuō)，對(duì)電力系統(tǒng)參數(shù)采樣和計(jì)算的方法主要有兩種：直流采樣法和交流采樣法。但直流采樣法存在一些問(wèn)題：測(cè)量精度直接受整流電路的精度和穩(wěn)定性的影響；整流電路參數(shù)調(diào)整困難且受波形因素影響較大；此外，用直流采樣法測(cè)量工頻電壓、電流是通過(guò)測(cè)量平均值來(lái)求出有效值的，當(dāng)電路中諧波含量不同時(shí)，平均值與有效值之間的關(guān)系也將發(fā)生變化，給計(jì)算結(jié)果帶來(lái)了誤差。交流采樣技術(shù)是按一定規(guī)律對(duì)被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，再按一定算法進(jìn)行數(shù)值處理，從而獲得被測(cè)量的測(cè)量方法。目前，DSP、高速M(fèi)CU及高速A/D轉(zhuǎn)換器的大量涌現(xiàn)，為交流采樣技術(shù)提供了強(qiáng)有力的硬件支持。同步采樣法就是整周期等間隔均勻采樣，要求被測(cè)信號(hào)周期T與采樣時(shí)間間隔及一周內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)N之間滿足關(guān)系式T = N，即：采樣頻率為被測(cè)信號(hào)頻率的N倍。本文主要涉及硬件同步法。一種利用過(guò)零中斷理實(shí)現(xiàn)同步等間隔采樣的電路如圖21 所示。比較器的輸入信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，而輸出信號(hào)是數(shù)字量1和0，因此可以為采樣電路提供硬件中斷。上圖中集成運(yùn)放TL062工作在非線性狀態(tài)，因此當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)。 電能質(zhì)量參數(shù)算法針對(duì)電能質(zhì)量的六項(xiàng)國(guó)家衡量標(biāo)準(zhǔn)，可以將其歸類(lèi)為以下幾個(gè)方面來(lái)計(jì)算，其基本思路是將連續(xù)信號(hào)的計(jì)算公式離散化并近似轉(zhuǎn)變成采樣信號(hào)的計(jì)算公式。離散傅立葉變換(DFT)是連續(xù)傅立葉在離散系統(tǒng)中的表現(xiàn)形式，但由于DFT運(yùn)算量太大，即使采用計(jì)算機(jī)也很難對(duì)問(wèn)題進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，所以并沒(méi)得到真正的應(yīng)用。在本系統(tǒng)中，對(duì)電壓和電流兩個(gè)信號(hào)同時(shí)進(jìn)行采樣，同時(shí)作頻譜分析，以便快速給出它們的頻譜序列和各次諧波的幅值和相角。設(shè)： ()