基于FPGA的LCR参数测试仪设计与实现

摘要

电力设备状态监测及故障诊断关系到电力系统的安全、稳定运行。LCR 测量、介质损耗角测量、MOA 测量、电网参数测量、变压器绕组的直流电阻测量等都是发电厂一、二次电气设备状态监测及故障诊断的必测项目。目前市面上有各种单功能的测量仪器，然而现场试验条件恶劣，多个单功能的测试装置既不方便携带，又容易相互碰撞磨损。《便携式多功能宽量程电参数测试装置》是某供电公司的一个预研项目，它正是针对待测电气参数种类多、规格杂的特点而研制设计的；能够完成所有传统项目的测试，既方便维护，又节约资金。 在综合国内外有关文献的基础上，本文提出了该测试装置以嵌入式工控机作为上位机，DSP及单片机作为下位机，上下位机通讯采用RS-485总线通讯的总体设计方案。 基于FPAG 的LCR 测试功能研制是本文的重点。硬件电路主要由下面几个部分组成：信号源模块、阻抗-电压转换模块、数字相敏检波器、采集模块等。本文首先阐述基于自由轴的伏安测量法，具体剖析了用FPGA 产生频率变化的正弦激励信号源的实现。通过深入分析FPGA器件的特征和结构，完成器件选型及相关开发环境和工具的选取，给出正弦激励信号的模块化设计过程。阻抗-电压转换模块的关键技术是实现量程的自动转换。数字相敏检波器由乘法型D/A转换器DAC7524 构成；采集模块由双积分式 A/D 转换器ICL7135 构成。 本文完成系统软件设计。软件设计部分包括数据采集模块、CRC 校验模块、通讯模块，给出了各个模块的软件设计思想和程序实例。LCR 测试功能的软件开发是面向过程的，采用模块化编程，开发周期短，可维护性好，并体现了软件的实用性和通用性。 本文最后通过装置的调试和测试，验证设计完成了预期的测试功能，获得了较好的测试结果。