一种可精确定时的电流采样装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种可精确定时的电流采样装置，分别与电网高压互感器二次侧和上位机连接，该装置包括DSP主控制电路、串口通信电路、GPS模块电路及电流调理电路，所述DSP主控制电路通过串口通信电路分别与上位机和GPS模块电路连接，所述电流调理电路分别与电网高压互感器二次侧和DSP主控制电路连接。本实用新型将电网电流转换为符合DSP主控制电路采样要求的电压信号，并在GPS模块电路的秒脉冲触发下进行A/D采样。与现有技术相比，本实用新型具有时间校准、成本低以及精确采样等优点。
【专利说明】一种可精确定时的电流采样装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力系统测量【技术领域】，尤其是涉及一种可精确定时的电流采样装置。
【背景技术】
[0002]全球定位系统GPS在各个领域都已得到广泛的应用，电力系统也不例外，它的精确定时和定位功能使电力系统在统一时间、同步采样、同步向量测量等方面成为可能，将对电力系统故障检测、状态估计、控制与保护等领域带来重要影响。
[0003]嵌入式系统在电力系统中的应用多种多样，TMS320F2812作为一款具有强大运算功能的处理器，具有A/D转换、PWM处理等功能，十分适用于电力系统中的实时监测、自动控制等技术需求，同时经过一定的处理和转换，使其具有检测、控制高电压大电流的功能。TMS320F2812使用30Μ晶振，核时钟最高可达150MHz，其高速的运算速率是其最大优势。然而，应用定时器进行计时，仍不可避免的存在误差，误差的累计最终会导致计时不准确。GPS的秒脉冲功能就可以弥补这一应用中的缺陷。时间的校准可以为精确采样提供精确的采样时钟，从而构成一个精确定时系统。时间校正的精度可达微秒级，这对于要求越来越高的继电保护动作要求、越来越精准的谐波分析要求上，是具有重要意义的。
[0004]同时，对于多种多样的米集芯片，对于模拟量的输入具有不同的要求，对于TMS320F2812而言，其要求的输入信号为0-3V的电压信号，因此对于电网高压侧的电量检测，需要设计一种符合输入端要求的电流采样电路。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可精确定时的电流采样装置。
[0006]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:一种可精确定时的电流采样装置，其特征在于，分别与电网高压互感器二次侧和上位机连接，该装置包括DSP主控制电路、串口通信电路、GPS模块电路及电流调理电路，所述DSP主控制电路通过串口通信电路分别与上位机和GPS模块电路连接，所述电流调理电路分别与电网高压互感器二次侧和DSP主控制电路连接。
[0007]所述电流调理电路包括依次连接的电流互感器及其应用电路、加法运算电路、滤波电路及比例运算电路。
[0008]所述应用电路为运放I/V变换电路，该运放I/V变换电路包括运算放大器U1A、电阻Rl及电容Cl，所述电阻Rl与电容Cl并联连接，所述电容Cl分别连接运算放大器UlA的负极输入端和输出端，所述运算放大器UlA的正极输入端接地。
[0009]所述加法运算电路为反相加法运算电路。
[0010]所述滤波电路为二阶有源低通滤波器，由二阶RC滤波器和运算放大器UlC组成。[0011 ] 所述比例运算电路为反相比例运算电路。[0012]所述串口通信电路为双路SCI串口电路，该双路SCI串口电路包括串口接头JP1、串口接头JP2及串口调试电路，所述GPS模块电路依次通过串口接头JPl和串口调试电路与DSP主控制电路连接，所述DSP主控制电路依次通过串口调试电路和串口接头JP2与上位机连接。
[0013]所述串口调试电路包括串口芯片MAX3232和电容C01、C02、C03及C04，所述串口芯片MAX3232的V+ 口和VCC 口之间串接电容C01，V_ 口和GND 口之间串接电容C02，Cl+ 口和Cl- 口之间串接电容C03，C2+ 口和C2- 口之间串接电容C04 ;所述串口芯片MAX3232的VCC口接于直流电源正电压端3.3VD, GND 口接于直流电源地端GND ;所述串口芯片MAX3232的TlIN 口和RlOUT 口连接至DSP主控制电路与GSP模块电路通信的端口，TlOUT 口和RlIN 口作为连接GPS模块电路的通信接口，连接至串口接头JPl,TlIN 口和RlOUT 口连接至DSP主控制电路与上位机通信的端口，T20UT 口和R2IN 口作为连接上位机串口端子的通信接口，连接至串口接头JP2。
[0014]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0015]1、时间校准JEDSP的高速运算功能与GPS的精准定时功能相结合，弥补了 DSP长时间计数引起的定时误差；当DSP和GPS的时间数据发生不一致时，用GPS的时间数据代替DSP的时间值，在DSP高速的处理速率下随时校准。
[0016]2、用GPS的秒脉冲信号触发采样:在DSP中，A/D采样一般使用软件启动或EV启动的方法，而秒脉冲触发能精确的实现每秒定时采样，从而实现精确采样电压信号。
[0017]3、成本低:本实用新型巧妙地将DSP和GPS 二者联合使用，除了 DSP主控制电路板和GPS模块外几乎没有其它附加成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的框架示意图；
[0019]图2为本实用新型电流调理电路的电路图；
[0020]图3为本实用新型串口通信电路的电路图；
[0021]图4为本实用新型GPS模块电路的电路图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
[0023]如图1所示，一种可精确定时的电流采样装置，其前端与电网高压互感器E 二次侧连接，后端与上位机W连接，其特征在于，包括DSP主控制电路1、串口通信电路2、GPS模块电路3及电流调理电路4，所述DSP主控制电路I通过串口通信电路2分别与上位机W和GPS模块电路3连接，所述电流调理电路4输入端与电网高压互感器E 二次侧连接，输出端与DSP主控制电路1A/D采样功能引脚连接。
[0024]所述GPS模块电路3接收卫星信号，并将收到的数据帧发送给DSP主控制电路1，DSP主控制电路I将其解析出时间信号对自身的定时器进行时间校准；同时GPS模块电路3发送秒脉冲触发DSP主控制电路I对电流调理电路4的输出信号进行采样；所述电流调理电路4将电网电流转换为符合DSP主控制电路采样输入要求的0-3V电压，在秒脉冲触发下DSP主控制电路I接收转换后的电压信号。[0025]如图2所示，所述电流调理电路4包括依次连接的电流互感器及其应用电路a、加法运算电路b、滤波电路c及比例运算电路d。
[0026]所述电流互感器及其应用电路a用于将0-5A交流电流变换为不大于1/2倍运放电源电压，并作相位补偿。所述应用电路为运放Ι/v变换电路，该运放I/V变换电路包括运算放大器U1A、电阻Rl及电容Cl，所述电阻Rl与电容Cl并联连接，所述电容Cl分别连接运算放大器UlA的负极输入端和输出端，所述运算放大器UlA的正极输入端接地。通过调节反馈电阻R1，可得到所需的电压值，调节电容Cl可补偿相移。本实施例采用TA1015-2M电流互感器。
[0027]所述加法运算电路b为反相加法运算电路，包括电阻R2、R3、R4、电容C2及运算放大器U1B，该加法运算电路b通过电阻R2与电流互感器电路a连接，电阻R2、R4均与运算放大器UlB负极输入端连接，电阻R4与参考电压Vx连接，电阻R3与电容C2并联连接，电阻R3跨接运算放大器UlB负极输入端和输出端，运算放大器UlB正极输入端接地。该加法运算电路b用于放大信号，使其幅值为-1.5V-+1.5V之间。
[0028]所述滤波电路c为二阶有源低通滤波器，包括运算放大器UlC和由电阻R5、电阻R6、电容C3、电容C4组成的二阶RC滤波器，该滤波电路对交流信号进行滤波，滤除高次谐波。
[0029]所述比例运算电路d为反相比例运算电路，通过调节反馈电阻Pl可调节放大比例。该反相比例运算电路用于将信号反相，使之成为OV以上的信号，即输入DSP的采样通道的信号为0-3V。
[0030]如图3所示，所述串口通信电路2为双路SCI串口电路，该双路SCI串口电路包括串口接头JPl、串口接头JP2及串口调试电路，所述GPS模块电路3采用RS232连接线依次通过串口接头JPl和串口调试电路与DSP主控制电路I连接，所述DSP主控制电路I采用RS232连接线依次通过串口调试电路利串口接头JP2与上位机W连接。所述串口接头JPl和串口接头JP2均为9针串口。
[0031]所述串口调试电路包括串口芯片MAX3232和电容C01、C02、C03及C04，所述串口芯片MAX3232的V+ 口和VCC 口之间串接电容C01，V_ 口和GND 口之间串接电容C02，Cl+ 口和Cl- 口之间串接电容C03，C2+ 口和C2- 口之间串接电容C04，所述串口芯片MAX3232的VCC 口接于直流电源正电压端3.3VD,GND 口接于直流电源地端GND ;所述串口芯片MAX3232的TlIN 口和RlOUT 口连接至DSP主控制电路I与GSP模块电路3通信的端口，TlOUT 口和RlIN 口作为连接GPS模块电路3的通信接口，连接至串口接头JP1，TlIN 口和RlOUT 口连接至DSP主控制电路I与上位机W通信的端口，T20UT 口和R2IN 口作为连接上位机W串口端子的通信接口，连接至串口接头JP2。
[0032]如图4所示，GPS模块电路3包括GPS的芯片ZYM-GA85-3V2.1及其外围电路，图中①为RTC和SRAM的工作电源，②为50 Ω的匹配电阻连接线。
【权利要求】
1.一种可精确定时的电流采样装置，其特征在于，分别与电网高压互感器二次侧和上位机连接，该装置包括DSP主控制电路、串口通信电路、GPS模块电路及电流调理电路，所述DSP主控制电路通过串口通信电路分别与上位机和GPS模块电路连接，所述电流调理电路分别与电网高压互感器二次侧和DSP主控制电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种可精确定时的电流采样装置，其特征在于，所述电流调理电路包括依次连接的电流互感器及其应用电路、加法运算电路、滤波电路及比例运算电路。
3.根据权利要求2所述的一种可精确定时的电流采样装置，其特征在于，所述应用电路为运放Ι/v变换电路，该运放I/V变换电路包括运算放大器U1A、电阻Rl及电容Cl，所述电阻Rl与电容Cl并联连接，所述电容Cl分别连接运算放大器UlA的负极输入端和输出端，所述运算放大器UlA的正极输入端接地。
4.根据权利要求2所述的一种可精确定时的电流采样装置，其特征在于，所述加法运算电路为反相加法运算电路。
5.根据权利要求2所述的一种可精确定时的电流采样装置，其特征在于，所述滤波电路为二阶有源低通滤波器，由二阶RC滤波器和运算放大器UlC组成。
6.根据权利要求2所述的一种可精确定时的电流采样装置，其特征在于，所述比例运算电路为反相比例运算电路。
7.根据权利要求1所述的一种可精确定时的电流采样装置，其特征在于，所述串口通信电路为双路SCI串口电路，该双路SCI串口电路包括串口接头JP1、串口接头JP2及串口调试电路，所述GPS模块电路依次通过串口接头JPl和串口调试电路与DSP主控制电路连接，所述DSP主控制电路依次通过串口调试电路和串口接头JP2与上位机连接。
8.根据权利要求7所述的一种可精确定时的电流采样装置，其特征在于，所述串口调试电路包括串口芯片MAX3232和电容C01、C02、C03及C04，所述串口芯片MAX3232的V+ 口和VCC 口之间串接电容C01，V- 口和GND 口之间串接电容C02，Cl+ 口和Cl- 口之间串接电容C03，C2+ 口和C2- 口之间串接电容C04 ；所述串口芯片MAX3232的VCC 口接于直流电源正电压端3.3VD, GND 口接于直流电源地端GND ;所述串口芯片MAX3232的TlIN 口和RlOUT口连接至DSP主控制电路与GSP模块电路通信的端口，TlOUT 口和RlIN 口作为连接GPS模块电路的通信接口，连接至串口接头JPl,TlIN 口和RlOUT 口连接至DSP主控制电路与上位机通信的端口，T20UT 口和R2IN 口作为连接上位机串口端子的通信接口，连接至串口接头JP2。
【文档编号】G04R20/02GK203772941SQ201320705102
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】韦钰, 王凯, 顾鋆骅, 陈宇晨, 邵晨 申请人:上海工程技术大学