一種可精確定時(shí)的電壓采樣裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種可精確定時(shí)的電壓采樣裝置，分別與電網(wǎng)高壓互感器二次側(cè)和上位機(jī)連接，包括DSP主控制電路、串口通信電路、GPS模塊電路及電壓調(diào)理電路，所述DSP主控制電路通過串口通信電路分別與上位機(jī)和GPS模塊電路連接，所述電壓調(diào)理電路分別與電網(wǎng)高壓互感器二次側(cè)和DSP主控制電路連接。所述電壓調(diào)理電路包括依次連接的電壓互感器及其應(yīng)用電路、加法運(yùn)算電路、濾波電路及比例運(yùn)算電路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有時(shí)間信號隨時(shí)校準(zhǔn)、成本低、采樣精確等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種可精確定時(shí)的電壓采樣裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)測量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種可精確定時(shí)的電壓采樣裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]全球定位系統(tǒng)GPS在各個(gè)領(lǐng)域都已得到廣泛的應(yīng)用，電力系統(tǒng)也不例外，它的精確定時(shí)和定位功能使電力系統(tǒng)在統(tǒng)一時(shí)間、同步采樣、同步向量測量等方面成為可能，將對電力系統(tǒng)故障檢測、狀態(tài)估計(jì)、控制與保護(hù)等領(lǐng)域帶來重要影響。
[0003]嵌入式系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用多種多樣，TMS320F2812作為一款具有強(qiáng)大運(yùn)算功能的處理器，具有A/D轉(zhuǎn)換、PWM處理等功能，十分適用于電力系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)監(jiān)測、自動控制等技術(shù)需求，同時(shí)經(jīng)過一定的處理和轉(zhuǎn)換，使其具有檢測、控制高電壓大電流的功能。TMS320F2812使用30Μ晶振，核時(shí)鐘最高可達(dá)150MHz，其高速的運(yùn)算速率是其最大優(yōu)勢。
[0004]目前，在DSP中AD采樣一般使用軟件啟動或EV啟動的方法，然而，應(yīng)用定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，仍不可避免的存在誤差，誤差的累計(jì)最終會導(dǎo)致計(jì)時(shí)不準(zhǔn)確。GPS的秒脈沖功能就可以彌補(bǔ)這一應(yīng)用中的缺陷。時(shí)間的校準(zhǔn)可以為精確采樣提供精確的采樣時(shí)鐘，并結(jié)合GPS的秒脈沖觸發(fā)AD米樣,從而實(shí)現(xiàn)精確電壓米樣。同時(shí)，對于多種多樣的米集芯片，對于模擬量的輸入具有不同的要求，對于TMS320F2812而言，其要求的輸入信號為0-3V的電壓信號，因此對于電網(wǎng)高壓側(cè)的電量檢測，需要設(shè)計(jì)一種符合輸入端要求的電壓采樣裝置。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可精確定時(shí)的電壓采樣裝置。
[0006]本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種可精確定時(shí)的電壓采樣裝置，分別與電網(wǎng)高壓互感器二次側(cè)和上位機(jī)連接，其特征在于，包括DSP主控制電路、串口通信電路、GPS模塊電路及電壓調(diào)理電路，所述DSP主控制電路通過串口通信電路分別與上位機(jī)和GPS模塊電路連接，所述電壓調(diào)理電路分別與電網(wǎng)高壓互感器二次側(cè)和DSP主控制電路連接。
[0007]所述電壓調(diào)理電路包括依次連接的電壓互感器及其應(yīng)用電路、加法運(yùn)算電路、濾波電路及比例運(yùn)算電路。
[0008]所述電壓互感器及其應(yīng)用電路由依次連接的電阻R11、電壓互感器和運(yùn)放電路組成，所述運(yùn)放電路包括運(yùn)算放大器U1A、電阻R12及電容C11，所述電阻R12與電容Cll并聯(lián)連接，所述電容Cll分別連接運(yùn)算放大器UlA的負(fù)極輸入端和輸出端，所述運(yùn)算放大器UlA的正極輸入端接地。所述加法運(yùn)算電路為反相加法運(yùn)算電路。
[0009]所述濾波電路為二階有源低通濾波器，由二階RC濾波器和運(yùn)算放大器UlC組成。
[0010]所述比例運(yùn)算電路為反相比例運(yùn)算電路。
[0011]所述串口通信電路為雙路SCI串口電路，該雙路SCI串口電路包括串口接頭JP1、串口接頭JP2及串口調(diào)試電路，所述GPS模塊電路依次通過串口接頭JPl和串口調(diào)試電路與DSP主控制電路連接，所述DSP主控制電路依次通過串口調(diào)試電路和串口接頭JP2與上位機(jī)連接。
[0012]所述串口調(diào)試電路包括串口芯片MAX3232和電容Cl、C2、C3及C4，所述串口芯片MAX3232的V+ 口和VCC 口之間串接電容C1，V_ 口和GND 口之間串接電容C2，C1+ 口和Cl- 口之間串接電容C3，C2+ 口和C2- 口之間串接電容C4 ;所述串口芯片MAX3232的VCC 口接于直流電源正電壓端3.3VD,GND 口接于直流電源地端GND ;所述串口芯片MAX3232的TlIN 口和RlOUT 口連接至DSP主控制電路與GSP模塊電路通信的端口，TlOUT 口和RlIN 口作為連接GPS模塊電路的通信接口，連接至串口接頭JPl，Tl IN 口和RlOUT 口連接至DSP主控制電路與上位機(jī)通信的端口，T20UT 口和R2IN 口作為連接上位機(jī)串口端子的通信接口，連接至串口接頭JP2。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014]1、隨時(shí)校準(zhǔn)JEDSP的高速運(yùn)算功能與GPS的精準(zhǔn)定時(shí)功能相結(jié)合，彌補(bǔ)了 DSP長時(shí)間計(jì)數(shù)引起的定時(shí)誤差；當(dāng)DSP和GPS的時(shí)間數(shù)據(jù)發(fā)生不一致時(shí)，用GPS的時(shí)間數(shù)據(jù)代替DSP的時(shí)間值，在DSP高速的處理速率下隨時(shí)校準(zhǔn)。
[0015]2、用GPS的秒脈沖信號觸發(fā)采樣:在DSP中，A/D采樣一般使用軟件啟動或EV啟動的方法，而秒脈沖觸發(fā)能精確的實(shí)現(xiàn)每秒定時(shí)采樣，從而實(shí)現(xiàn)精確采樣電壓信號。
[0016]3、成本低:本實(shí)用新型巧妙地將DSP和GPS 二者聯(lián)合使用，除了 DSP主控制電路板和GPS模塊外幾乎沒有其它附加成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的框架示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型電壓調(diào)理電路的電路圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型串口通信電路的電路圖；
[0020]圖4為本實(shí)用新型GPS模塊電路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0022]如圖1所示，一種可精確定時(shí)的電壓采樣裝置，其前端與電網(wǎng)高壓互感器E 二次側(cè)連接，后端與上位機(jī)W連接，其特征在于，包括DSP主控制電路1、串口通信電路2、GPS模塊電路3及電壓調(diào)理電路4，所述DSP主控制電路I通過串口通信電路2分別與上位機(jī)W和GPS模塊電路3連接，所述電壓調(diào)理電路4輸入端與電網(wǎng)高壓互感器E 二次側(cè)連接，輸出端與DSP主控制電路I的A/D采樣功能引腳連接。
[0023]所述GPS模塊電路3接收衛(wèi)星信號，并將收到的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給DSP主控制電路1，DSP主控制電路I將其解析出時(shí)間信號對自身的定時(shí)器進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)；同時(shí)GPS模塊電路3發(fā)送秒脈沖觸發(fā)DSP主控制電路I對電壓調(diào)理電路4的輸出信號進(jìn)行采樣；所述電壓調(diào)理電路4將電網(wǎng)高壓轉(zhuǎn)換為符合DSP主控制電路I輸入要求的0-3V電壓，在秒脈沖觸發(fā)下轉(zhuǎn)換后的電壓信號被DSP主控制電路I接收。
[0024]如圖2所示，電壓調(diào)理電路4從左向右依次由電壓互感器及其應(yīng)用電路a、加法運(yùn)算電路b、濾波電路c及比例運(yùn)算電路d組成。
[0025]所述電壓互感器及其應(yīng)用電路a將電網(wǎng)0-220V交流電壓變換為不大于1/2倍運(yùn)放電源的電壓，并作相位補(bǔ)償。所述電壓互感器及其應(yīng)用電路a由電阻Rl 1、電壓互感器PT I和運(yùn)放電路組成，所述電壓互感器PTl的輸入側(cè)通過電阻Rll與電網(wǎng)高壓互感器E 二次側(cè)連接，輸出側(cè)與運(yùn)放電路連接，所述運(yùn)放電路包括運(yùn)算放大器U1A、電阻R12及電容C11，所述電阻R12與電容Cll并聯(lián)連接，所述電容Cll分別連接運(yùn)算放大器UlA的負(fù)極輸入端和輸出端，所述運(yùn)算放大器UlA的正極輸入端接地。通過調(diào)節(jié)反饋電阻R12，可得到所需的電壓值，調(diào)節(jié)電容Cl I可補(bǔ)償相移。本實(shí)施例所述電壓互感器PTl為電流式電壓互感器TVlO 13。
[0026]所述加法運(yùn)算電路b為反相加法運(yùn)算電路，包括電容C12、電阻R13、R14、R15及運(yùn)算放大器U1B，該加法運(yùn)算電路b通過電阻R13與電壓互感器及其應(yīng)用電路a連接，電阻R13、R15均與運(yùn)算放大器UlB負(fù)極輸入端連接，電阻R14與參考電壓Vref連接，電阻R15跨接運(yùn)算放大器UlB負(fù)極輸入端和輸出端，運(yùn)算放大器UlB正極輸入端接地。該加法運(yùn)算電路b用于放大信號，使其幅值為-1.5V-+1.5V之間。
[0027]所述濾波電路c為二階有源低通濾波器，包括運(yùn)算放大器UlC和由電阻R16、電阻R17、電容C13、電容C14組成的二階RC濾波器，該濾波電路對交流信號進(jìn)行濾波，濾除高次諧波。
[0028]所述比例運(yùn)算電路d為反相比例運(yùn)算電路，起到變換信號極性的作用，使輸入DSP主控制電路I的A/D采樣通道的信號保持為0-3V。
[0029]如圖3所示，所述串口通信電路2為雙路SCI串口電路，該雙路SCI串口電路包括串口接頭JPl、串口接頭JP2及串口調(diào)試電路，所述GPS模塊電路3采用RS232連接線依次通過串口接頭JPl和串口調(diào)試電路與DSP主控制電路I連接，所述DSP主控制電路I采用RS232連接線依次通過串口調(diào)試電路和串口接頭JP2與上位機(jī)W連接。所述串口接頭JPl和串口接頭JP2均為9針串口。
[0030]所述串口調(diào)試電路包括串口芯片MAX3232和電容Cl、C2、C3及C4，所述串口芯片MAX3232的V+ 口和VCC 口之間串接電容C1，V_ 口和GND 口之間串接電容C2，C1+ 口和Cl- 口之間串接電容C3，C2+ 口和C2- 口之間串接電容C4，所述串口芯片MAX3232的VCC 口接于直流電源正電壓端3.3VD,GND 口接于直流電源地端GND ;所述串口芯片MAX3232的TlIN 口和RlOUT 口連接至DSP主控制電路I與GSP模塊電路3通信的端口，TlOUT 口和RlIN 口作為連接GPS模塊電路3的通信接口，連接至串口接頭JPl,TlIN 口和RlOUT 口連接至DSP主控制電路I與上位機(jī)W通信的端口，T20UT 口和R2IN 口作為連接上位機(jī)W串口端子的通信接口，連接至串口接頭JP2。
[0031]如圖4所示，GPS模塊電路3包括GPS的芯片ZYM-GA85-3V2.1及其外圍電路，圖中①為RTC和SRAM的工作電源，②為50 Ω的匹配電阻連接線。
【權(quán)利要求】
1.一種可精確定時(shí)的電壓采樣裝置，分別與電網(wǎng)高壓互感器二次側(cè)和上位機(jī)連接，其特征在于，包括DSP主控制電路、串口通信電路、GPS模塊電路及電壓調(diào)理電路，所述DSP主控制電路通過串口通信電路分別與上位機(jī)和GPS模塊電路連接，所述電壓調(diào)理電路分別與電網(wǎng)高壓互感器二次側(cè)和DSP主控制電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可精確定時(shí)的電壓采樣裝置，其特征在于，所述電壓調(diào)理電路包括依次連接的電壓互感器及其應(yīng)用電路、加法運(yùn)算電路、濾波電路及比例運(yùn)算電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可精確定時(shí)的電壓采樣裝置，其特征在于，所述電壓互感器及其應(yīng)用電路由依次連接的電阻Rl 1、電壓互感器和運(yùn)放電路組成，所述運(yùn)放電路包括運(yùn)算放大器U1A、電阻R12及電容C11，所述電阻R12與電容Cll并聯(lián)連接，所述電容Cll分別連接運(yùn)算放大器UlA的負(fù)極輸入端和輸出端，所述運(yùn)算放大器UlA的正極輸入端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可精確定時(shí)的電壓采樣裝置，其特征在于，所述加法運(yùn)算電路為反相加法運(yùn)算電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可精確定時(shí)的電壓采樣裝置，其特征在于，所述濾波電路為二階有源低通濾波器，由二階RC濾波器和運(yùn)算放大器UlC組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可精確定時(shí)的電壓采樣裝置，其特征在于，所述比例運(yùn)算電路為反相比例運(yùn)算電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可精確定時(shí)的電壓采樣裝置，其特征在于，所述串口通信電路為雙路SCI串口電路，該雙路SCI串口電路包括串口接頭JP1、串口接頭JP2及串口調(diào)試電路，所述GPS模塊電路依次通過串口接頭JPl和串口調(diào)試電路與DSP主控制電路連接，所述DSP主控制電路依次通過串口調(diào)試電路和串口接頭JP2與上位機(jī)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種可精確定時(shí)的電壓采樣裝置，其特征在于，所述串口調(diào)試電路包括串口芯片MAX3232和電容Cl、C2、C3及C4，所述串口芯片MAX3232的V+ 口和VCC 口之間串接電容C1，V- 口和GND 口之間串接電容C2，C1+ 口和Cl- 口之間串接電容C3，C2+ 口和C2- 口之間串接電容C4 ;所述串口芯片MAX3232的VCC 口接于直流電源正電壓端.3.3VD, GND 口接于直流電源地端GND ;所述串口芯片MAX3232的TlIN 口和RlOUT 口連接至DSP主控制電路與GSP模塊電路通信的端口，TlOUT 口和RlIN 口作為連接GPS模塊電路的通信接口，連接至串口接頭JPl，Tl IN 口和RlOUT 口連接至DSP主控制電路與上位機(jī)通信的端口，T20UT 口和R2IN 口作為連接上位機(jī)串口端子的通信接口，連接至串口接頭JP2。
【文檔編號】G01R19/25GK203772942SQ201320705288
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】韋鈺, 曾國輝, 紀(jì)明祥, 邵晨 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)