便携式多功能同步测量装置的研制

摘要

随着智能电网建设进程的不断加快，电力系统部门经常需要在户外环境中对信号电量参数进行在线检测，而便携式多功能表是使用较多的检测仪器。当需要对多点信号电量参数进行同步检测时，普通的便携式仪器很难实现同步检测功能。例如台区相位识别仪，该识别仪采样多点信号，通过电力载波通信技术传输电量参数，从而实现台区内电力线相位属性和线路压降的检测，但当负载增多和传输距离长时，会降低相位识别率和线路压降检测准确度。因此针对以上问题，本课题提出了便携式多功能同步测量装置的研制，该装置不仅能够在线检测信号电量参数，而且可以实现多点信号同步采集和数据无线传输。
　　结合GPS同步信号和GPRS通信技术，本课题实现了多点信号同步采集和数据传输。装置在高精度GPS同步信号下，对系统内任一节点上的信号进行同步采集，使采集数据带上GPS赋予的全局性时标，然后再通过GPRS点对点组网通信方式远程传输数据。本文采用非同步采样法对交流信号进行采样，使用4项5阶Nuttal加窗插值算法对采样数据进行处理，从而提高了数据的测量精度。在硬件结构上，系统微控制器采用基于Cortex-M4内核的STM32F407ZGT6，该芯片支持浮点运算和可移植DSP库，极大地提高了数字信号实时处理效率；系统供电模块采用了AC/DC开关电源，通过对交流电压信号在线取电，降低了装置携带和操作的难度；模数转换器采用了16位高精度的ADS8568芯片，提高了交流信号的转换精度；系统配置的大液晶屏，具有触摸功能，能够实时显示测量结果。
　　结构安排上，本文首先介绍了课题的研究背景及意义，阐述了其在国内外的发展现状；其次提出了系统功能以及性能指标，对采样算法进行了分析与选取；紧接着使用模块化思想介绍了硬件结构和软件流程的设计过程；然后对装置进行系统调试和功能测试，测试结果表明系统装置能够实现多点信号同步采集，当应用到台区内电力线检测时，能够在1S内快速识别出相位属性和线路压降，同时测量精度在0.2级以内；最后对本课题研究成果进行总结，并提出设计的不足之处与改进措施。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本设计研究完成的主要内容

1.4 本章小结

第2章 信号采样及电参量测量算法实现

2.1 便携式多功能同步测量装置概述

2.2 信号采样方法的选取与实现

2.3 信号处理算法

2.4 误差处理算法

2.5 电量参数算法

2.6 本章小结

第3章 系统硬件设计

3.1 系统硬件总体方案

3.2 电源电路设计

3.3 STM32最小系统设计

3.4 信号取样电路

3.5 信号滤波电路

3.6 A/D转换电路

3.7 GPRS模块电路

3.8 GPS模块电路

3.9 系数存储电路设计

3.10 电路防干扰设计

3.11 本章小结

第4章 系统软件设计

4.1 系统软件总体设计

4.2 软件开发环境介绍

4.3 系统主程序设计

4.4 系统初始化程序设计

4.5 数据采样子程序设计

4.6 数据处理子程序设计

4.7 GPRS数据收发子程序设计

4.8 液晶显示子程序设计

4.9 本章小结

第5章 系统调试及结果分析

5.1 系统调试

5.2 试验结果与分析

5.3 误差分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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