交直流多功能检测仪数据同步采集系统设计

摘要

随着科技的发展，电网的检测步入新的阶段，需要检测的电参量逐渐增多，除了电压电流的有效值、频率、功率这些参量，还包括谐波含量分析、交流中的直流分量大小、三相电压电流的不平衡性测量、相位关系等。往常对这些电量检测需要很多仪表，如测量频率的频率计、测量功率的功率表等，使得测量工作量大，工作效率低下。为了提高检测效率，本文设计了一种高精度交直流多功能检测仪，在保证高精度的情况下，将上述多种功能集成在一个仪器上。
　　该装置运用当前流行的虚拟仪器思想，将整体系统分为高速数据采集系统和PC机应用软件系统，通过串口实现PC机与数据采集系统的相互通信，其中PC机应用软件主要进行采样数据合成、数据和波形的显示以及系统软件调标等。高速数据采集系统是由本设计完成，其核心处理器采用TI公司生产的TMS320F2812 DSP，为了达到测量精度，采用高精度电阻和电流互感器取样。同时采用两个单通道十六位A/D转换芯片ADS8515和基于∑-ΔA/D转换技术的A/D转换器LTC2414以及模拟开关转换技术实现多通道数据采集，对交流采用偏差累积增量同步采样法进行采样。该装置能够实现三相交流电压、电流及直流电压电流等基本参量高精度检测，并且能够进行时间测量及历史波形回放。
　　本文从理论分析、总体方案选取、软硬件电路设计等几个方面详细阐述了本装置的设计过程。首先介绍课题研究的背景意义及国内外的研究现状。其次，列举了本装置要实现的功能，并对它们的实现算法做了详细的阐述，主要介绍了采样算法的选取、基本电参量的测量算法、谐波及其相位的测量算法、时间测量算法以及录波功能的实现方案。然后，根据所要实现的功能提出了总体的硬件实现方案，通过模块化思想将整个设计分为六个模块，详细介绍了这几个模块的电路结构并给出了DSP软件设计的流程图。最后，介绍了硬件电路及软件程序设计及调试中应当注意的问题。通过实验表明，本装置的功能多、测量精度高，完全满足系统设计要求，与上位机软件构成的多功能检测仪具有测量精度高(0.05％)、界面友好、易于操作等一系列优点。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外交直流多功能检测仪的发展及研究现状

1.3 主要研究内容及文章的组织结构

1.4 本章小结

第2章 交直流多功能检测仪电参量算法及采样方法选择

2.1 交直流多功能检测仪概述

2.2 交直流多功能检测仪采样算法选择

2.3 基本电能参数计算

2.4 谐波及相位的算法实现

2.5 频率测量的算法实现

2.6 时间测量的实现方法

2.7 历史波形回放功能的实现方法

2.8 本章小结

第3章 多功能检测仪的硬件设计

3.1 系统整体方案设计

3.2 主控CPU系统设计

3.3 信号获取及调理电路

3.4 A/D转换电路设计

3.5 同步脉冲信号产生电路设计

3.6 纹波测量电路设计

3.7 隔离电路的选择及应用

3.8 定时计数器电路设计

3.9 通信接口电路设计

3.10 本章小结

第4章 多功能检测仪高速数据采集系统的软件设计

4.1 软件总体设计

4.2 软件开发环境介绍

4.3 主程序设计

4.4 采样程序设计

4.5 时间测量程序设计

4.6 系统软件保护程序设计

4.7 通信程序设计

4.8 本章小结

第5章 系统调试及结果分析

5.1 系统调试

5.2 系统防干扰措施

5.3 试验结果与分析

5.4 误差分析

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研说明

致 谢

附 录

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