多通道、高精度电能质量实时监测系统的数据采集.doc

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1、多通道、高精度电能质量实时监测系统的数据采集（方案简述）1.简述数据采集作为多通道、高精度电能质量实时监测系统研究的一个重要环节，直接决定整个监测系统的实现与否。通常来说，数据采集模块的功能是实现电网信号的转换和数字化，把电网上的高电压、大电流信号转换成0到5V的低压信号；然后把模拟信号转换为数字信号，传输给微处理器。一般包括以下几个部分：一.信号调理模块：1.信号电平转换，2.抗混叠滤波，3.信号隔离；二.A/D转换模块：1.A/D转换，2.A/D芯片与微处理器的连接；三.频率测量模块：工频信号频率的测量。

2、四．采集数据的存储：以适当的方式存储采集到的工频信号序列，以方便下一步的分析。本系统中，如前文所述，抗混叠滤波部分由基于FPGA器件的硬件滤波器完成，并且工频信号的信号调理，有很多现成的模块，可以直接拿来使用，因此在此也不作讨论。在这里，仅仅讨论A/D转换模块、频率测量模块和采集数据的存储这三个部分，解决多通道、高精度电能质量实时监测系统的数据采集中的关键问题：1.6个三相测点，共48路工频信号的数据采集；2.对48路工频信号无相差、不间断采样；3.实时工频信号频率的测量，工频信号每个周波测量频率一次，频率测

3、量精度小于千分之一；4.辨识每路工频信号的每个周波采样序列，并分别存储，以方便后续分析。下面，就A/D转换模块、频率测量模块和采集数据的存储部分分别讨论，以解决上述问题。2.A/D转换模块由于需要对6个三相测点，共48路工频信号进行无相差、不间断采样；A/D器件的选型非常重要，是实现多通道、高精度电能质量实时监测系统的根本。2.1A/D的选型A/D转换器拟选用美国ADI公司最新推出基于iCOMS工艺的6通道16位双极性器件AD7656。AD7656可以同时对6路模拟输入进行同时采样，可以避免由于采样产生的相位

4、误差，而且可以可用菊花链路方式多片级联，扩展转换通道数，最多可以级联8片，可以同时转换48路模拟输入；最高可达250kSPS的数据吞吐能力，能够满足系统要求。由系统要求决定，AD7656应当工作在级联模式，而在级联模式下，采样信号的输出只能串行输出，考虑到减少系统片上连线等方面，这里只将DOUTA作为唯一的输出口，又因为系统的图2.1级联方式硬件连接图采样频率固定，因此可以考虑将AD7656配置成硬件模式。所谓的硬件模式是通过对器件引脚的固定连接，确定AD7656芯片唯一的工作方式。AD7656的设置方式请参

5、考文献〔2〕。级联方式硬件连接如图2.1所示。2.2A/D转换模块的设计决定好AD7656的工作方式，AD7656的输出与基于ARM核处理器的SPI接口连接，AD7656的转换信号CONVST可以处理器PWM输出控制。以S3C2410A处理器为例，硬件连接图如图2.2所示。S3C2410A的GPE11管脚实现片上SPI接口0的MISO功能，GPE13管脚实现SPI接口0的同步时钟输出，GPF0管脚配置为中断EINT0输入，GPG0、GPG9管脚设置为输出管脚，分别作为AD7656的CONVST和的控制信号输入

6、。通过定时器中断来图2.2AD7656与S3C2410接口控制信号的采样间隔，设定定时器0作为采样定时器，并设置其工作于PWM方式，定时器0的PWM输出TOUT0作为AD7656的模数转换控制信号CONVST的输入。操作时序可以参考图2.3所示。图2.3对AD操作时序当采样定时器中断发生，GPB0/TOUT0输出高电平，发送CONVST信号给AD7656,开始模数转换，管脚GPF0（EINT0）设置为下降沿触发，当BUSY信号从高电平向低电平转换时，触发中断，开始数据传送，GPG9给出信号，同时SPI通道0口

7、开始读数据，读完48个通道的转换结果，GPG9恢复高电平输出，TOUT0输出低电平，完成一次采样。等待下一个采样定时器中断发生，进行下一个采样。TOUT0输出高电平的宽度TPH由定时器0的内部寄存器TCMPB0内的设定值决定。2.3数据采集软件流程模数转换模块的软件，是由两个中断子程序，采样定时器中断（定时器中断0）和BUSY下降沿中断（外部中断0）构成。采样定时器中断子程序只实现给外部中断0图2.4数据采集程序流程图置位，允许响应外部中断0。程序流程如图2.4（a）所示。外部中断0程序流程如图2.4(b)所

8、示。3频率的测量实际电网中同一个网段的各个测点的频率基本上一致，因此在本系统中，仅仅取6个三相测点的48路工频信号中的一路作为代表，测量频率。认为所有三相测点的频率保持一致。频率的测量其实包括两部分功能，一种功能是测定工频信号的频率，另一种功能是切换每周期的采样点的存储区域。3.1频率测量模块硬件组成频率测量模块的的电路如图2.5所示。频率测量模块是由滤波电路(b)和过零触发电路(c)和处理器S3C