一種新型結構的電能質量檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型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
目.0
【背景技術】
[0002]近年來，隨著電力電子技術的快速發(fā)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(tǒng)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。
[0003]傳統(tǒng)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。
【實用新型內容】
[0004]技術問題:本實用新型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。
[0005]技術方案:本實用新型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+抗混疊濾波器模塊、A/D轉換模塊、DSP+FPGA下位機模塊、PIC+觸摸屏上位機模塊；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、通信和顯不O
[0006]一種新型結構的電能質量檢測裝置，其特征在于，包括:
[0007]互感器+抗混疊濾波器模塊:主要包括互感器和抗混疊濾波器電路，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。
[0008]A/D轉換模塊:主要包括A/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。
[0009]DSP+FPGA模塊:主要包括DSP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(tài)和動態(tài)指標，并將其傳輸給上位機。
[0010]PIC+觸摸屏模塊:主要包括微處理器PIC、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?zhèn)鹘y(tǒng)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。
[0011]所述的FPGA芯片選擇:型號EPlk30QC208-3N。
[0012]所述的A/D轉換芯片選擇:型號ADS7864。
[0013]所述的DSP 選擇:型號 TMS320F2812。
[0014]所述的PIC 選擇:型號 PIC24FJ128GA010。
[0015]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。
[0016]所述的小容量Flash存儲芯片選擇:型號W25Q16。
[0017]綜上所述，本實用新型具有以下有益效果:
[0018]1.本實用新型裝置采用FPGA+DSP+PIC系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)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。
[0019]2.本實用新型采用上位機和下位機結構，加強了系統(tǒng)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(fā)揮DSP數字信號處理速度高的優(yōu)勢。
[0020]3.本實用新型采用觸摸屏替代了傳統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)資源具有一定的冗余度，非常適合以后系統(tǒng)功能的升級和改進。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型系統(tǒng)總體結構圖。
[0022]圖2為本實用新型下位機結構示意圖。
[0023]圖3為本實用新型上位機結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖及實施例進一步說明本實用新型的技術方案。
[0025]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(fā)送、顯示和存儲。
[0026]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，Al，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?yōu)楦唠娖酵ㄖ狥PGA可以讀取數據。
[0027]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 ;XffE，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。
[0028]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。
[0029]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；1/0 口 RB4、RB6、RB7分別是它們的片選信號；PIC外部中斷I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。
[0030]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RBl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(fā)器(UART)通過MAX232進行電平轉換和外設RS232進行通信。
[0031]以上僅是本實用新型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，并不能以此限制本實用新型的權利范圍。應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型創(chuàng)造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
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+抗混疊濾波器模塊、A/D轉換模塊、DSP+FPGA下位機模塊、PIC+觸摸屏上位機模塊；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+抗混疊濾波器模塊主要包括互感器和抗混疊濾波器電路，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轉換模塊主要包括A/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模塊主要包括DSP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(tài)和動態(tài)指標，并將其傳輸給上位機； 所述的PIC+觸摸屏模塊主要包括微處理器PIC、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?zhèn)鹘y(tǒng)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；FLASH存儲芯片主要存儲字符數據。
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EPlk30QC208-3N ； 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。
【專利摘要】本實用新型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+抗混疊濾波器模塊、A/D轉換模塊、DSP+FPGA下位機模塊、PIC+觸摸屏上位機模塊；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(tǒng)升級和改進等優(yōu)點。
【IPC分類】G01R31-00, G05B19-042
【公開號】CN204613326
【申請?zhí)枴緾N201520290956
【發(fā)明人】衡鳳平, 孫文兵, 陳傳清, 郭左, 崔鑫
【申請人】中國礦業(yè)大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月7日