基于DSP的高精度复费率电能表的设计

摘要

电能是国民经济与人民生活的主要能源。采用科学的方法进行电能的计量管理是缓解我国电力供需矛盾的一种有效手段。为了配合国家“削峰填谷”这一用电政策的推广本课题研制了这种高精度的复费率电能表。 本课题设计的基于DSP的高精度复费率电能表，主要用于用电量大的工厂或者企业的电能消耗测量。它不仅能完成电能计量、费率管理、串口通讯、电网参数测量等功能，同时具有精度高、功耗低、抗干扰能力强等特点。 本文主要从硬件和软件两部分来论述整个系统的设计与实现。硬件方面：根据仪表的精度要求选择合适的器件，采用了精度为0.1％的电压和电流互感器、16位的A/D转换器、16位定点的DSP作为CPU，并且对各个芯片的功能和特点进行了分析和说明。系统的核心是数字信号处理器的TMS320VC5409，以模块化的设计方法将仪表的硬件按功能分为几大模块进行设计，分别为：电源模块、输入调理模块、数据处理模块、时钟模块、通信模块、脉冲输出模块。电源模块为系统提供电源；输入调理模块将电网中的信号转变成适当幅度的电压信号经过滤波送入数据处理模块；数据处理模块把采集上来的数据进行分析、计算和处理，时钟模块为复费率提供时钟，此外还有脉冲输出模块和通信模块。软件部分：主要以DSP部分的下位机软件开发与调试为重点。在本系统中软件设计是按照仪表预定完成的功能、所要达到的精度，依据硬件电路的设计，以模块化的编程方法，完成信号的采集、数据转换和处理、算法实现、数据分析、脉冲输出等任务。采用了准同步算法，即通过增加采样点数和采样周期的方式，有效消除同步误差对电网参数测量精度的影响，可以有效提高测量的准确性。准同步算法是通过对DSP的软件编程来实现的。上位机软件用VisualBasic语言编写，主要完成数据管理、参数传递等功能。除此之外，本系统还从硬件和软件两个方面的设计来增加系统的抗干扰特性。 本课题设计的复费率电能表在整个系统中没有任何机械部件，是纯电子式的电量测量仪器。DSP芯片和准同步算法的使用也使得本表在精度有所提高。

目录

文摘

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1 引言

2 提高功率测量准确性的算法研究

3 系统整体设计方案

4 系统硬件电路的设计

5 系统的软件设计

6 系统的总体性能评估

7 结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表论文