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一種 新型 結構 電能 質量 檢測 裝置
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摘要
申請專利號:

CN201510230699.5

申請日:

2015.05.07

公開號:

CN104777391A

公開日:

2015.07.15

當前法律狀態:

公開

有效性:

審中

法律詳情: 公開
IPC分類號: G01R31/00; G05B19/042 主分類號: G01R31/00
申請人: 中國礦業大學
發明人: 蒯松巖; 衡鳳平; 孫文兵; 陳傳清; 郭左; 崔鑫
地址: 221116江蘇省徐州市泉山區大學路1號中國礦業大學科技處
優先權:
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510230699.5

授權公告號:

法律狀態公告日:

2015.07.15

法律狀態類型:

公開

摘要

本發明公開了一種新型結構的電能質量檢測裝置,涉及電氣檢測技術領域。該裝置包括互感器+抗混疊濾波器???、A/D轉換???、DSP+FPGA下位機???、PIC+觸摸屏上位機???;其中A/D轉換芯片和FPGA相連,FPGA和DSP的XINTF接口相連,DSP與PIC通過SPI接口相連,PIC與觸摸屏驅動芯片通過I/O口相連,PIC的通用異步串口(UART)用作RS232通信接口;其中采樣芯片采集電壓電流數據傳遞給FPGA,FPGA將采集的數據預處理并傳遞給DSP,DSP通過信息處理算法而得到電能質量數據,PIC將電能質量數據進行存儲、通信和顯示。該裝置采樣精度高、實時任務調度能力強、人機交互簡單、方便系統升級和改進等優點。

權利要求書

1.  一種新型結構的電能質量檢測裝置,其特征在于,該裝置包括:互感器+抗混疊濾波器???;A/D轉換???;DSP+FPGA下位機???、PIC+觸摸屏上位機???;其中A/D轉換芯片和FPGA相連,FPGA和DSP的XINTF接口相連,DSP與PIC通過SPI接口相連,小容量Flash存儲芯片、SD卡接口和觸摸屏的觸摸信號A/D轉換芯片共用PIC的一個SPI接口,PIC與觸摸屏驅動芯片通過I/O口相連,PIC的通用異步串口(UART)用作RS232通信接口;其中采樣芯片采集電壓電流數據傳遞給FPGA,FPGA將采集的數據預處理并傳遞給DSP,DSP通過信息處理算法而得到電能質量數據,PIC將電能質量數據進行存儲、通信和顯示。

2.
  根據權利要求1所述的一種新型結構的電能質量檢測裝置,其特征是:
所述的互感器+抗混疊濾波器??櫓饕ɑジ釁骱涂夠斕瞬ㄆ韉緶?,互感器將高電壓和大電流按比例變換成標準低電壓和標準低電流,抗混疊濾波器濾除高于1/2采樣頻率的頻率成份;
所述的A/D轉換??櫓饕ˋ/D轉換芯片,將模擬信號轉換成數字信號,提高電能質量的采樣頻率和精度;
所述的DSP+FPGA??櫓饕―SP和FPGA芯片,FPGA的主要任務是對A/D采樣進行控制,實現A/D的同步采樣,將采樣的結果傳遞給DSP,DSP將接收到的電壓電流數字信號根據特定算法進行處理,從而得到電能質量靜態和動態指標,并將其傳輸給上位機;
所述的PIC+觸摸屏??櫓饕ㄎ⒋砥鱌IC、數據存儲器SD卡、小容量FLASH存儲芯片、觸摸屏、RS232接口,PIC的主要任務是將接收到的數據在觸摸屏上顯示和將數據放到SD卡中存儲,同時通過RS232接口和PC機相連實現點對點通信;觸摸屏的主要任務包括顯示和代替傳統的鍵盤輸入,技術人員可以在觸摸屏上調取或顯示電能質量的歷史數據;小容量FLASH存儲芯片主要存儲一些字模等小容量數據。

3.
  根據權利要求1所述的一種新型結構的電能質量檢測裝置,其特征是:
所述的FPGA芯片選擇:型號EP1k30QC208-3N;
所述的A/D轉換芯片選擇:型號ADS7864;
所述的DSP選擇:型號TMS320F2812;
所述的PIC選擇:型號PIC24FJ128GA010;
所述的觸摸屏選擇:4.3寸型號HSD050IDW1-A20,其中觸摸信號A/D轉換芯片選擇XPT2046,觸摸屏的驅動芯片選擇SSD1963;
所述的小容量Flash存儲芯片選擇:型號W25Q16。

說明書

一種新型結構的電能質量檢測裝置
技術領域
本發明裝置涉及電氣檢測技術領域,特別涉及一種新型結構的電能質量檢測裝置。
背景技術
近年來,隨著電力電子技術的快速發展,電力電子裝置在電力領域得到了廣泛的應用, 諧波、電壓波動與閃變、三相不平衡、短時供電中斷等電能質量問題變得更加突出。而傳統 的電能質量問題主要是電壓偏差和頻率偏差,其電能質量檢測裝置已無法滿足要求,故需要 一種實時性好、檢測精度高、更加智能化的電能質量檢測裝置。
傳統的電能質量檢測裝置,主要有基于微控制器(MCU)技術、基于數字信號處理 (DSP)技術和DSP+MCU技術。其中單獨MCU技術存在處理速度慢、精度很難達到要 求;單獨DSP技術不能提供良好的人機交互接口;而DSP+MCU雖然能解決速度慢、人機 接口等問題,但DSP控制時序的能力差,不適合處理對速度要求高、運算結構相對比較簡 單的底層信息,而對A/D轉換單元底層信息快速、準確的處理是整個電能質量檢測裝置精 度提高的首要保證。
發明內容
技術問題:本發明的目的是克服已有技術中的不足,提供一種新型結構的電能質量檢測 裝置。
技術方案:本發明涉及一種新型結構的電能質量檢測裝置,該裝置包括互感器+抗混疊 濾波器???、A/D轉換???、DSP+FPGA下位機???、PIC+觸摸屏上位機???;其中A/D 轉換芯片和FPGA相連,FPGA和DSP的XINTF接口相連,DSP與PIC通過SPI接口相 連,小容量Flash存儲芯片、SD卡接口和觸摸屏的觸摸信號A/D轉換芯片共用PIC的一個 SPI接口,PIC與觸摸屏驅動芯片通過I/O口相連,PIC的通用異步串口(UART)用作 RS232通信接口;其中采樣芯片采集電壓電流數據傳遞給FPGA,FPGA將采集的數據預處 理并傳遞給DSP,DSP通過信息處理算法而得到電能質量數據,PIC將電能質量數據進行存 儲、通信和顯示。
一種新型結構的電能質量檢測裝置,其特征在于,包括:
互感器+抗混疊濾波器??椋褐饕ɑジ釁骱涂夠斕瞬ㄆ韉緶?,互感器將高電壓和 大電流按比例變換成標準低電壓和標準低電流,抗混疊濾波器濾除高于1/2采樣頻率的頻率 成份。
A/D轉換??椋褐饕ˋ/D轉換芯片,將模擬信號轉換成數字信號,提高電能質量 的采樣頻率和精度。
DSP+FPGA??椋褐饕―SP和FPGA芯片,FPGA的主要任務是對A/D采樣進行 控制,實現A/D的同步采樣,將采樣的結果傳遞給DSP,DSP將接收到的電壓電流數字信 號根據特定算法進行處理,從而得到電能質量靜態和動態指標,并將其傳輸給上位機。
PIC+觸摸屏??椋褐饕ㄎ⒋砥鱌IC、數據存儲器SD卡、小容量FLASH存儲芯 片、觸摸屏、RS232接口,PIC的主要任務是將接收到的數據在觸摸屏上顯示和將數據放到 SD卡中存儲,同時通過RS232接口和PC機相連實現點對點通信;觸摸屏的主要任務包括 顯示和代替傳統的鍵盤輸入,技術人員可以在觸摸屏上調取或顯示電能質量的歷史數據;小 容量FLASH存儲芯片主要存儲一些字模等小容量數據。
所述的FPGA芯片選擇:型號EP1k30QC208-3N。
所述的A/D轉換芯片選擇:型號ADS7864。
所述的DSP選擇:型號TMS320F2812。
所述的PIC選擇:型號PIC24FJ128GA010。
所述的觸摸屏選擇:4.3寸型號HSD050IDW1-A20,其中觸摸信號A/D轉換芯片選擇 XPT2046,觸摸屏的驅動芯片選擇SSD1963。
所述的小容量Flash存儲芯片選擇:型號W25Q16。
綜上所述,本發明具有以下有益效果:
1.本發明裝置采用FPGA+DSP+PIC系統解決了傳統裝置的一系列問題,使用FPGA使 A/D采樣的精度和速度得到了很大的的提高,為整個裝置精度的提高提供了堅實的基礎。
2.本發明采用上位機和下位機結構,加強了系統的實時任務調度能力,使DSP從復雜 的任務中解脫出來,專門致力于電能質量相關算法的計算,充分發揮DSP數字信號處理速 度高的優勢。
3.本發明采用觸摸屏替代了傳統的顯示屏加鍵盤的結構,使人機交互更加方便,同時 帶有SD卡存儲,使技術人員可以很方便的在觸摸屏上查看歷史數據;系統上位機設有 RS232接口,方便技術人員通過PC機與其相連進行現場設備維護和故障診斷;系統資源具 有一定的冗余度,非常適合以后系統功能的升級和改進。
附圖說明
圖1為本發明系統總體結構圖。
圖2為本發明下位機結構示意圖。
圖3為本發明上位機結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例進一步說明本發明的技術方案。
如圖1所示,互感器將需要檢測的電壓和電流轉換成標準的電壓和電流,通過抗混疊濾 波器濾除高于1/2采樣頻率的頻率成份,將濾波后的模擬信號輸入ADS7864的模擬輸入通 道進行A/D轉換,轉換后的數據傳遞給FPGA,FPGA將數據進行預處理,處理后的數據傳 遞給DSP,DSP將數據進行快速傅里葉變換,再進行相關算法的計算得到電能質量的數 據,最后DSP將數據傳遞給PIC,PIC將數據進行發送、顯示和存儲。
如圖2所示,ADS7864與FPGA相連,其中A/D轉換的數據通過AD[0..15]的低12位 傳遞給FPGA,AD[0..15]的高四位分別是通道地址輸出端和數據有效端;HAH,HBH, HCH作為保持信號用于輸入通道的選擇和A/D轉換的啟動;A0,A1,A2用于選擇數據讀 取的方式,當轉換好的數據被鎖存到輸出寄存器后,BUSY從低電平變為高電平通知FPGA 可以讀取數據。
如圖2所示,DSP通過XINTF接口和FPGA相連,XINTF的低16位數據線作為數據 總線,低19位地址線作為地址總線,最大可以尋址512KB空間;XZCS2為存儲器外部空 間選通信號,這里選則外部空間2;XWE,XRD,XR/W-為讀寫控制信號,用于DSP與 FPGA之間的讀寫控制,其中XR/W-兼具讀寫控制功能。
如圖3所示,DSP通過SPI同步串行接口和PIC相連,DSP作為主機,PIC作為從機。 其中MiniSD接口連接SD卡,用于儲存大量的電能質量歷史數據,并提供給技術人員從觸 摸屏上查閱;小容量Flash芯片(W25Q16)用于儲存字模等小容量的數據,XPT2046作為 觸摸信號的A/D轉換芯片,用于將觸摸位置信號轉化為PIC可以處理的數字信息;MAX232 作為RS-232標準串口設計的單電源電平轉換芯片,用于和PC機進行串口通信。
如圖3所示,PIC24FJ128GA010具有兩個SPI接口,其中觸摸信號A/D轉換芯片 (XPT2046)、小容量Flash芯片(W25Q16)、SD卡接口共用另外一個SPI接口,PIC作為 主機;I/O口RB4、RB6、RB7分別是它們的片選信號;PIC外部中斷1與觸摸信號A/D轉 換芯片(XPT2046)BUSY相連用于實時的檢測觸摸信號。
如圖3所示,PIC與觸摸屏驅動芯片SSD1693相連,PIC的RA口與SSD1693的低16 位相連用于進行數據傳輸,LCD_WR、LCD_RD分別于PIC的RB2、RB3口相連用于讀寫 控制;LCD_RS與RB1相連用于選擇傳輸的數據是顯示數據還是顯示命令;PIC使用通用異 步收發器(UART)通過MAX232進行電平轉換和外設RS232進行通信。
以上僅是本發明裝置結構的較佳實例,僅為說明本裝置的基本結構和主要特點,并不能 以此限制本發明的權利范圍。應當指出,對于本領域的普通技術人員來說,在不脫離本發明 創造構思的前提下,還可以做出若干變形和改進,這些都屬于本發明的?;し段?。

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