一种新型结构的电能质量检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明装置涉及电气检测技术领域，特别涉及一种新型结构的电能质量检测装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着电力电子技术的快速发展，电力电子装置在电力领域得到了广泛的应用，谐波、电压波动与闪变、三相不平衡、短时供电中断等电能质量问题变得更加突出。而传统的电能质量问题主要是电压偏差和频率偏差，其电能质量检测装置已无法满足要求，故需要一种实时性好、检测精度高、更加智能化的电能质量检测装置。
[0003]传统的电能质量检测装置，主要有基于微控制器(MCU)技术、基于数字信号处理(DSP)技术和DSP+MCU技术。其中单独MCU技术存在处理速度慢、精度很难达到要求；单独DSP技术不能提供良好的人机交互接口 ；而DSP+MCU虽然能解决速度慢、人机接口等问题，但DSP控制时序的能力差，不适合处理对速度要求高、运算结构相对比较简单的底层信息，而对A/D转换单元底层信息快速、准确的处理是整个电能质量检测装置精度提高的首要保证。
【发明内容】
[0004]技术问题:本发明的目的是克服已有技术中的不足，提供一种新型结构的电能质量检测装置。
[0005]技术方案:本发明涉及一种新型结构的电能质量检测装置，该装置包括互感器+抗混叠滤波器模块、A/D转换模块、DSP+FPGA下位机模块、PIC+触摸屏上位机模块；其中A/D转换芯片和FPGA相连，FPGA和DSP的XINTF接口相连，DSP与PIC通过SPI接口相连，小容量Flash存储芯片、SD卡接口和触摸屏的触摸信号A/D转换芯片共用PIC的一个SPI接口，PIC与触摸屏驱动芯片通过I/O 口相连，PIC的通用异步串口(UART)用作RS232通信接口 ；其中采样芯片采集电压电流数据传递给FPGA，FPGA将采集的数据预处理并传递给DSP，DSP通过信息处理算法而得到电能质量数据，PIC将电能质量数据进行存储、通信和显示。
[0006]一种新型结构的电能质量检测装置，其特征在于，包括:
[0007]互感器+抗混叠滤波器模块:主要包括互感器和抗混叠滤波器电路，互感器将高电压和大电流按比例变换成标准低电压和标准低电流，抗混叠滤波器滤除高于1/2采样频率的频率成份。
[0008]A/D转换模块:主要包括A/D转换芯片，将模拟信号转换成数字信号，提高电能质量的采样频率和精度。
[0009]DSP+FPGA模块:主要包括DSP和FPGA芯片，FPGA的主要任务是对A/D采样进行控制，实现A/D的同步采样，将采样的结果传递给DSP，DSP将接收到的电压电流数字信号根据特定算法进行处理，从而得到电能质量静态和动态指标，并将其传输给上位机。
[0010]PIC+触摸屏模块:主要包括微处理器PIC、数据存储器SD卡、小容量FLASH存储芯片、触摸屏、RS232接口，PIC的主要任务是将接收到的数据在触摸屏上显示和将数据放到SD卡中存储，同时通过RS232接口和PC机相连实现点对点通信；触摸屏的主要任务包括显示和代替传统的键盘输入，技术人员可以在触摸屏上调取或显示电能质量的历史数据；小容量FLASH存储芯片主要存储一些字模等小容量数据。
[0011]所述的FPGA芯片选择:型号EPlk30QC208-3N。
[0012]所述的A/D转换芯片选择:型号ADS7864。
[0013]所述的DSP 选择:型号 TMS320F2812。
[0014]所述的PIC 选择:型号 PIC24FJ128GA010。
[0015]所述的触摸屏选择:4.3寸型号HSD050IDW1-A20，其中触摸信号A/D转换芯片选择XPT2046，触摸屏的驱动芯片选择SSD1963。
[0016]所述的小容量Flash存储芯片选择:型号W25Q16。
[0017]综上所述，本发明具有以下有益效果:
[0018]1.本发明装置采用FPGA+DSP+PIC系统解决了传统装置的一系列问题，使用FPGA使A/D采样的精度和速度得到了很大的的提高，为整个装置精度的提高提供了坚实的基础。
[0019]2.本发明采用上位机和下位机结构，加强了系统的实时任务调度能力，使DSP从复杂的任务中解脱出来，专门致力于电能质量相关算法的计算，充分发挥DSP数字信号处理速度高的优势。
[0020]3.本发明采用触摸屏替代了传统的显示屏加键盘的结构，使人机交互更加方便，同时带有SD卡存储，使技术人员可以很方便的在触摸屏上查看历史数据；系统上位机设有RS232接口，方便技术人员通过PC机与其相连进行现场设备维护和故障诊断；系统资源具有一定的冗余度，非常适合以后系统功能的升级和改进。
【附图说明】
[0021]图1为本发明系统总体结构图。
[0022]图2为本发明下位机结构示意图。
[0023]图3为本发明上位机结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图及实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0025]如图1所示，互感器将需要检测的电压和电流转换成标准的电压和电流，通过抗混叠滤波器滤除高于1/2采样频率的频率成份，将滤波后的模拟信号输入ADS7864的模拟输入通道进行A/D转换，转换后的数据传递给FPGA，FPGA将数据进行预处理，处理后的数据传递给DSP，DSP将数据进行快速傅里叶变换，再进行相关算法的计算得到电能质量的数据，最后DSP将数据传递给PIC，PIC将数据进行发送、显示和存储。
[0026]如图2所示，ADS7864与FPGA相连，其中A/D转换的数据通过AD[0..15]的低12位传递给FPGA，AD[0..15]的高四位分别是通道地址输出端和数据有效端；HAH，HBH，HCH作为保持信号用于输入通道的选择和A/D转换的启动；A0，Al，A2用于选择数据读取的方式，当转换好的数据被锁存到输出寄存器后，BUSY从低电平变为高电平通知FPGA可以读取数据。
[0027]如图2所示，DSP通过XINTF接口和FPGA相连，XINTF的低16位数据线作为数据总线，低19位地址线作为地址总线，最大可以寻址512KB空间；XZCS2为存储器外部空间选通信号，这里选则外部空间2 ;XffE，XRD，XR/W-为读写控制信号，用于DSP与FPGA之间的读写控制，其中XR/W-兼具读写控制功能。
[0028]如图3所示，DSP通过SPI同步串行接口和PIC相连，DSP作为主机，PIC作为从机。其中MiniSD接口连接SD卡，用于储存大量的电能质量历史数据，并提供给技术人员从触摸屏上查阅；小容量Flash芯片(W25Q16)用于储存字模等小容量的数据，XPT2046作为触摸信号的A/D转换芯片，用于将触摸位置信号转化为PIC可以处理的数字信息；MAX232作为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，用于和PC机进行串口通信。
[0029]如图3所示，PIC24FJ128GA010具有两个SPI接口，其中触摸信号A/D转换芯片(XPT2046)、小容量Flash芯片(W25Q16)、SD卡接口共用另外一个SPI接口，PIC作为主机；1/0 口 RB4、RB6、RB7分别是它们的片选信号；PIC外部中断I与触摸信号A/D转换芯片(XPT2046)BUSY相连用于实时的检测触摸信号。
[0030]如图3所示，PIC与触摸屏驱动芯片SSD1693相连，PIC的RA 口与SSD1693的低16位相连用于进行数据传输，LCD_WR、LCD_RD分别于PIC的RB2、RB3 口相连用于读写控制；LCD_RS与RBl相连用于选择传输的数据是显示数据还是显示命令；PIC使用通用异步收发器(UART)通过MAX232进行电平转换和外设RS232进行通信。
[0031]以上仅是本发明装置结构的较佳实例，仅为说明本装置的基本结构和主要特点，并不能以此限制本发明的权利范围。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种新型结构的电能质量检测装置，其特征在于，该装置包括:互感器+抗混叠滤波器模块;A/D转换模块；DSP+FPGA下位机模块、PIC+触摸屏上位机模块；其中A/D转换芯片和FPGA相连，FPGA和DSP的XINTF接口相连，DSP与PIC通过SPI接口相连，小容量Flash存储芯片、SD卡接口和触摸屏的触摸信号A/D转换芯片共用PIC的一个SPI接口，PIC与触摸屏驱动芯片通过I/O 口相连，PIC的通用异步串口(UART)用作RS232通信接口 ；其中采样芯片采集电压电流数据传递给FPGA，FPGA将采集的数据预处理并传递给DSP，DSP通过信息处理算法而得到电能质量数据，PIC将电能质量数据进行存储、通信和显示。
2.根据权利要求1所述的一种新型结构的电能质量检测装置，其特征是: 所述的互感器+抗混叠滤波器模块主要包括互感器和抗混叠滤波器电路，互感器将高电压和大电流按比例变换成标准低电压和标准低电流，抗混叠滤波器滤除高于1/2采样频率的频率成份； 所述的A/D转换模块主要包括A/D转换芯片，将模拟信号转换成数字信号，提高电能质量的采样频率和精度； 所述的DSP+FPGA模块主要包括DSP和FPGA芯片，FPGA的主要任务是对A/D采样进行控制，实现A/D的同步采样，将采样的结果传递给DSP，DSP将接收到的电压电流数字信号根据特定算法进行处理，从而得到电能质量静态和动态指标，并将其传输给上位机； 所述的PIC+触摸屏模块主要包括微处理器PIC、数据存储器SD卡、小容量FLASH存储芯片、触摸屏、RS232接口，PIC的主要任务是将接收到的数据在触摸屏上显示和将数据放到SD卡中存储，同时通过RS232接口和PC机相连实现点对点通信；触摸屏的主要任务包括显示和代替传统的键盘输入，技术人员可以在触摸屏上调取或显示电能质量的历史数据；小容量FLASH存储芯片主要存储一些字模等小容量数据。
3.根据权利要求1所述的一种新型结构的电能质量检测装置，其特征是: 所述的FPGA芯片选择:型号EPlk30QC208-3N ； 所述的A/D转换芯片选择:型号ADS7864 ； 所述的DSP选择:型号TMS320F2812 ； 所述的PIC选择:型号PIC24FJ128GA010 ； 所述的触摸屏选择:4.3寸型号HSD050IDW1-A20，其中触摸信号A/D转换芯片选择XPT2046，触摸屏的驱动芯片选择SSD1963 ； 所述的小容量Flash存储芯片选择:型号W25Q16。
【专利摘要】本发明公开了一种新型结构的电能质量检测装置，涉及电气检测技术领域。该装置包括互感器+抗混叠滤波器模块、A/D转换模块、DSP+FPGA下位机模块、PIC+触摸屏上位机模块；其中A/D转换芯片和FPGA相连，FPGA和DSP的XINTF接口相连，DSP与PIC通过SPI接口相连，PIC与触摸屏驱动芯片通过I/O口相连，PIC的通用异步串口（UART）用作RS232通信接口；其中采样芯片采集电压电流数据传递给FPGA，FPGA将采集的数据预处理并传递给DSP，DSP通过信息处理算法而得到电能质量数据，PIC将电能质量数据进行存储、通信和显示。该装置采样精度高、实时任务调度能力强、人机交互简单、方便系统升级和改进等优点。
【IPC分类】G01R31-00, G05B19-042
【公开号】CN104777391
【申请号】CN201510230699
【发明人】蒯松岩, 衡凤平, 孙文兵, 陈传清, 郭左, 崔鑫
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年5月7日