电子信息工程毕业设计文献综述开题报告电参数测量系统设计Word文档格式.docx

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关键词：

参数测量，FIR滤波，DSP，CPLD

ElectricalParametersMeasurementSystemDesign

Abstract

Withtherapiddevelopmentofpowerelectronicsindustryinrecentyearsandvariouscomplex,precision,powerqualitysensitivetothepopularityofelectricalequipment,itmakepeopletotheelectricpowerqualityrequestismoreandmorehigh,thusforeffectivepowerparametersmeasurement,monitoringandanalysis,hasbecomeanurgentandimportmenttasks.

ThissystemisbasedonTMS320F2812ofTIcompanyandhighprecise16-bitanalog-digittransformchipADS8364.Inthetimesequencecontrolrespect,itusesCPLDtorealizefrequenttrackingandsynchronizedsamplingfunction,atthesametimeitgivestheVHDLprogramming.Finallycombiningpracticalcircuitsystemdragram,introducestheoperationprincipleofeachmoduleandhasadesignonhardwareandsoftwaresection.

Practiceshowsthatthedesignachievestheexpectedrequirementsandgoals,eachmodulestructureconnected,hastheverygoodexpansibilityandportability,itmeetstheneedsofmeasurementoftheelectricalfactors.

Keywords:

parametersmeasurement,FIRfilter,DSP,CPLD

V

目录

摘 要 III

Abstract IV

1绪论 1

1.1课题的来源 1

1.2课题的意义 1

1.3电参数测量系统国内外发展现状 1

1.3.1基于对正余弦周期信号模型的研究现状 1

1.3.2基于对非周期信号模型的研究现状 2

1.3.3基于对离散频谱分析模型的研究现状 2

1.3.4基于对数字信号处理器的国内外研究现状 2

1.4课题研究的主要内容 3

2电参数测量的标准及方案设计 4

2.1交流电参数的测量标准及问题 4

2.1.1交流电参数测量的标准 4

2.1.2电参数测量的问题 5

2.2电参数测量系统的方案设计 5

2.2.1系统设计的规则要求 5

2.2.2系统总体方案的确定 6

3测量与信号处理的算法研究 8

3.1FIR滤波器模型的建立 8

3.1.1FIR数字滤波器简介 8

3.1.2FIR滤波器的算法实现 9

3.2基于周期法测量各参数的算法实现 9

3.2.1周期测量法 9

3.2.2傅里叶变换测量法 10

4电参数测量系统的硬件设计 12

4.1硬件平台的总体设计 12

4.1.1系统硬件部分的设计原则 12

4.1.2硬件部分的总体设计方案 12

4.2系统硬件各模块的实现 13

4.2.1信号处理模块 13

4.2.2A/D转换模块 13

4.2.3DSP数据处理模块 14

4.2.4逻辑控制模块 17

4.2.5通信接口显示模块 19

5.1控制部分软件设计 21

5.1.1软件系统程序流程的设计 21

5.1.2系统软件部分程序 22

5.2DSP部分软件设计 25

5.2.1DSP程序设计概述 25

5.2.2数据的采集 26

5.2.3频率的计算 26

5.2.4其它电参数的计算 27

5.2.5与PC口的串行通信 27

6总结 29

参考文献 30

致谢 31

附录 32

1绪论

1.1课题的来源

近些年来，随着我们国家在电力电子技术、自动控制技术、测量技术以及计算机技术等高新技术方面的迅猛发展，电能质量的好坏对于一个电力系统的安全经济运行，保证产品质量和科学实验的正常进行以及有效地降低能耗等方面均有重要的意义。

为了彻底地改善这种状况，对一个电力电子系统进行完整地分析和监测，就成为了检测技术的一个重要的研究方向。

因此，能否准确、完整地对各种电量的参数进行测量和分析是成功的关键所在。

1.2课题的意义

众所周知，电力系统正常、安全、高效的运行对于国民经济和社会的健康发展都有着极为重要的意义。

在各种工业生产和人们的日常生活中，电力对社会和个人有着密切的关系，因为电压、电流的过高和过低，均能影响到各种电器设备的正常使用，所以对电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数以及频率等电量参数进行精确地检测可以很快地掌握各供电线路和设备的运行状况，并能够及时发现电路中存在的各种隐患，进而采取一些合理有效地措施来保证各系统及设备的良好运转。

随着我国经济的高速度发展，在化工、冶金、电力等行业，以及家用电器中非线性负荷的使用日渐增多，特别是一些大功率设备的大量应用，导致在电力系统中产生大量的高次谐波，进而引起电压、电流的波形发生畸变，电力谐波不仅会严重危害各种供电设备和仪器仪表，促使其供电质量下降，从而不能准确地反映电力系统运行的情况，损害了用户的切身利益，同时也会对电力系统本身造成不良影响和严重的危害。

从以上的研究可知，研制出一种较实用的电量参数测量系统装置具有非常重要的意义，它不仅可以对电压、电流、功率、功率因数和频率等重要的电力参数进行实时检测，还可以对各种电力系统中的高次谐波进行实时的分析，从而使人们可以采取进一步的措施，减少谐波的污染，保证电能的质量，保证电力系统能够安全、可靠、经济地运行。

1.3电参数测量系统国内外发展现状

1.3.1基于对正余弦周期信号模型的研究现状

从正余弦信号的变化情况出发，利用正余弦函数的特性，从若干个采样值

43

中计算出各信号的参数，如采样值累计算法、最大值算法、采样值积算法、Mann-Morrison导数算法、三采样值算法和解方程算法等。

以上这些算法的特点是原理简单，信号观测时间短、采样点数较少，因而计算量较小、响应速度较快，但是容易受到高次谐波，随机干扰信号的影响。

1.3.2基于对非周期信号模型的研究现状

该算法是对信号观测模型进行数学变换，将待测量的数值表示为样本值来估计。

该算法简明，计算量不大，较传统的周期法稍有所改进，但难以适应非稳定频率下的测量，即使在稳定的条件下，也必须有严格的前置滤波环节，且算法推导过程较复杂，精确度总体不高。

1.3.3基于对离散频谱分析模型的研究现状

DFT（离散傅里叶变换）或其快速算法（FFT）是频谱分析的主要方法，目前在电量参数测量领域中应用较为广泛。

DFT（FFT）是一种典型的数字滤波技术，它可以分离出信号的基波分量和高次谐波分量，进而得到信号各频率分量的幅值、频率和相位。

DFT能够准确地求出信号的参数，其准确度和稳定度都较好，而且计算量相对较小。

但如果信号的采样没有保持同步的话，DFT法就会产生频谱泄漏和栅栏效应，导致测试出现偏差，尤其是相位误差和高次谐波参数检测误差大。

1.3.4基于对数字信号处理器的国内外研究现状

1982年，美国TI公司推出了TMS320系列DSP芯片中的第一代DSP

TMS320010及其系列芯片，之后又相继推出了第二代DSP芯片TMS320020，第三代DSP芯片TMS320C30/C31/C32/C33C,第四代DSP芯片TMS320C40/C44，第五代

DSP芯片TMS320C5x/C54x以及目前速度最快的第六代DSP芯片

TMS320C62x/C67x等。

TI公司的系列DSP产品已经成为了当今世界最有影响的

DSP芯片，TI公司已成为世界上最大的DSP芯片供应商[1]。

20多年来，DSP芯片得到了迅猛的发展，随着其应用的不断扩展和深入，今后DSP芯片将会发展更快。

主要体现在以下几方面：

1）在生产工艺上，采用先进的CMOS工艺制造和砷化镓集成电路制造技术，使芯片的集成度更高、功耗更低。

2）研制高速、高性能DSP器件将以RISC（精简指令系统计算机）基本结构为主导。

3）模拟/数字混合式DSP芯片（集滤波、A/D、D/A及DSP处理于一体）将有很大的发展空间，应用领域将会进一步扩大。

今后模数混合式DSP芯片将成为DSP发展的主要方向。

4）将DSP技术与嵌入式技术相结合，在DSP芯片中嵌入相应的模块，这样可以进一步扩大DSP的逻辑控制能力。

1.4课题研究的主要内容

本文研究的目的是研究电参数测量系统的控制和实现，通过认真学习、研究和总结，力求达到更高的实时性和更高的精度，具体研究内容如下：

（1）根据目前电参数测量仪的发展趋势和现有的设计条件，设计了电参数测量系统的整体方案和技术要求。

（2）分析了各种算法的优点和缺点以及实现的可能性，并针对频率测量和参数计算算法的重点和难点，同时考虑到实用性，最终决定用快速傅里叶变换的方法来提高系统测量的精确度。

（3）电参数测量系统的硬件部分的设计是基于TI公司的TMS320F2812

DSP芯片，设计了信号的采集与处理电路、AD转换电路、 CPLD逻辑控制电路以及DSP数据计算电路。

（4）软件部分的设计是把软件部分模块分成了逻辑控制模块和DSP数据处理模块来分别进行设计，最后给出了相应的程序流程图和部分程序源代码。

（5）结合系统的软件部分在PC机上运行并显示，具有方便直观等优点。

2电参数测量的标准及