专利名称：一种基于sopc的电能谐波测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于SOPC的电能谐波测量装置，属于仪器仪表领域。
背景技术：
目前电能谐波测量装置的实现主要有两种架构，第一类是采用微控制器(MCU)加专用谐波测量芯片，其MCU负责控制并读取专用芯片采集并处理的测量结果，其缺点是谐波测量的功能和精度受制于专用芯片，很难满足复杂多变场合的测量要求；第一类是采用数字信号处理器件(DSP)实现，DSP完成对采集的数据进行处理、运算和控制显示等，其适应性和测量精度可根据需要设计和调整，其缺点是当被测对象和条件变换时，系统的硬件 和软件一般都要重新设计，升级设计的周期长，成本高。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种基于SOPC的电能谐波测量装置，以解决目前基于微控制器的谐波测量装置难以满足复杂多变场合的测量要求，以及采用数字信号处理器的谐波测量装置升级设计的周期长，成本高的问题。本实用新型为解决上述技术问题而提供一种基于SOPC的电能谐波测量装置，该电能谐波测量装置包括信号采集电路、信号调理电路、A/D转换电路、SOPC系统平台和显示模块，所述的SOPC系统是在FPGA上构建，该SOPC系统包括NiosII软核CPU、A/D采样控制模块、PLL数字锁相环模块、FIR数字滤波模块和FFT运算模块，PLL数字锁相环模块的输出端与A/D转换电路的控制端相连，FIR数字滤波模块的输入端与A/D转换电路的输出端相连，FIR数字滤波模块的输出端与FFT运算模块的输入端相连，FFT运算模块的输出端与NiosII软核CPU的输入端相连，NiosII软核CPU的输出端与显示模块相连。所述的SOPC系统上设置有键盘接口，所述的SOPC系统平台通过该键盘接口连有键盘。所述的FFT运算模块为Altera公司的IP运算核。所述的SOPC系统设置有串口转USB接口，用于与上位机相连。所述SOPC系统中的各个模块之间是通过Avalon总线相连。本实用新型的有益效果是本实用新型通过用一片FPGA构建的SOPC片上系统，在此系统中集成了 NiosII软核CPU、PLL数字锁相环同步采样控制电路、FIR数字滤波器电路、FFT运算IP核以及其他接口控制模块，实现对电网谐波的测量和显示，运算速度快、通用性强、扩展性好、灵活性强等优点，为电能质量的综合治理提供保障。
图I是本实用新型基于SOPC的电能谐波测量装置的系统总体结构图；图2是本实用新型基于SOPC的电能谐波测量装置的系统设计实现图；图3是本实用新型基于SOPC的电能谐波测量装置的运算处理框架图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步说明。SOPC (System On Programmable Chip)即可编程的片上系统，SOPC技术就是将尽可能大而完整的电子系统，包括嵌入式处理器系统、接口系统、硬件协处理器或加速器系统、DSP系统、数字通信系统、存储电路以及普通数字系统等，在单一 FPGA中实现。Altera公司NiosII软核概念的提出及SOPC的软硬件综合解决方案，可以在Quartus II和NiosIIIDE中进行软硬件开发，从硬件和软件整体设计上将嵌入式系统设计进行了极大的推动，使得嵌入式系统的硬件电路更加简单、有效，易于理解；软件设计变得轻松，移植性更强。同时，SOPC技术的发展，与ARM、DSP的融合使其具备强大的功能，高集成度、高可靠性、灵活的可重构性、强大的并行处理能力等特点使其在工业技术、消费电子等领域实现越来越广泛的应用，基于FPGA设计高效的电能质量监测装置已成为近年的研究热点，本实用新型就是研究基于ALTERA CycloneII FPGA构建SOPC系统实现电能谐波监测装置。如图I所示，本实用新型基于SOPC的电能谐波测量装置包括信号采集电路、信号调理电路、A/D转换电路、SOPC系统平台和LCD显示模块，信号采集电路的输出端与信号调理电路的输入端相连，信号调理电路的输出端与A/D转换电路的输入端相连,A/D转换电路的输出端与SOPC系统平台的输入端相连，SOPC系统平台的输出端与显示模块相连，其中信号采集电路包括电压互感器PT和电流互感器CT，A/D转换电路为ADS8364，SOPC系统平台由EP2C20 FPGA构建。SOPC系统平台如图2所示，包括NiosII软核CPU、PLL数字锁相环模块、FIR数字滤波模块和FFT运算模块，PLL数字锁相环模块的输出端与A/D转换电路的控制端相连，FIR数字滤波模块的输入端与A/D转换电路的输出端相连，FIR数字滤波模块的输出端与FFT运算模块的输入端相连，FFT运算模块的输出端与NiosII软核CPU的输入端相连，NiosII软核CPU的输出端与显示模块相连。本发明的基于SOPC的电能谐波测量装置的具体过程如下，电压互感器PT和电流互感器CT分别对电网的三相电压和电流信号同时进行采集，将采集到的-5 +5V电压信号和I 2mA的电流信号送入信号调理电路进行调理，然后再将调理后的信号送入A/D转换电路，如图3所示，A / D转换电路使用16位ADS8364实现对6路信号同时扫描采样，并利用FPGA构建的PLL数字锁相环模块实现同步采样控制，A/D转换电路对输入的工频信号每周期采样128点，精确变换成16位的数字量利用其中一相电压信号，经锁相倍频同步电路跟踪实时的电力线路的工频频率，数字锁相倍频信号的输出控制A/D转换的采样信号，使A/D电路在一个工频周期内准确同步地进行6路信号的转换，转换结果送入FIR滤波器中进行滤波，然后将滤波后的数字存入双口 RAM中缓存，由Niosll控制器启动FFT运算模块从双口 RAM中读取数据，FFT运算模块利用快速傅里叶变换(FFT)算法完成128点的6路信号的FFT数据处理，同时NiosII从双口 RAM中读取数据进行谐波计算，以实现对各种参数的检测。最后由NiosII控制系统读取分析结果，并将分析结果在LCD上显示出来，或者通过USB通讯接口传输值上位机。
权利要求1.一种基于SOPC的电能谐波测量装置，其特征在于该电能谐波测量装置包括信号采集电路、信号调理电路、A/D转换电路、SOPC系统和显示模块，所述的SOPC系统是在FPGA上构建，该SOPC系统包括NiosII软核CPU、A/D采样控制模块、PLL数字锁相环模块、FIR数字滤波模块和FFT运算模块，PLL数字锁相环模块的输出端与A/D转换电路的控制端相连，FIR数字滤波模块的输入端与A/D转换电路的输出端相连，FIR数字滤波模块的输出端与FFT运算模块的输入端相连，FFT运算模块的输出端与NiosII软核CPU的输入端相连，NiosII软核CPU的输出端与显示模块相连。
2.根据权利要求I所述的基于SOPC的电能谐波测量装置，其特征在于所述的SOPC系统上设置有键盘接口，所述的SOPC系统平台通过该键盘接口连有键盘。
3.根据权利要求I所述的基于SOPC的电能谐波测量装置，其特征在于所述的FFT运算模块为Altera公司的IP运算核。
4.根据权利要求I所述的基于SOPC的电能谐波测量装置，其特征在于所述的SOPC系统平台设置有串口转USB接口，用于与上位机相连。
5.根据权利要求I所述的基于SOPC的电能谐波测量装置，其特征在于所述SOPC系统中的各个模块之间是通过Avalon总线相连。
专利摘要本实用新型涉及一种基于SOPC电能谐波测量装置，属于仪器仪表领域。该电能谐波测量装置包括信号采集电路、信号调理电路、A/D转换电路、SOPC系统平台和显示模块，所述的SOPC系统平台包括NiosII软核CPU、A/D采样控制模块、PLL数字锁相环模块、FIR数字滤波模块和FFT运算模块。本实用新型通过用一片FPGA构建的SOPC片上系统，在此系统中集成了NiosII软核CPU、PLL数字锁相环同步采样控制电路、FIR数字滤波器电路、FFT运算IP核以及其他接口控制模块，实现对电网谐波的测量和显示，具有运算速度快、通用性强、扩展性好、灵活性强等优点，为电能质量的综合治理提供保障。
文档编号G01R23/165GK202486213SQ20122012880
公开日2012年10月10日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者仝战营, 张开拓, 戚新波, 蒋炜华, 郭贝贝 申请人:河南机电高等专科学校