基于cc2530的电参数测量系统设计学位论文Word格式文档下载.docx

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2013年5月南京

摘要：

越来越多非线性负荷和冲击性负荷的投运使得电力系统的电能质量问题日益加重,同时越来越多的用户使用基于微处理器和计算机的自动化设备,这些设备对电能质量敏感,对电能质量要求更加严格,使得电能质量问题成为供用电双方关注的焦点作为电能质量问题定量衡量和鉴定手段的电能质量监测技术成为大家迫切研究的领域。

本课题的目标是开发一种具有可编程、同步测量与分析计算、无线通信等功能三相电参数测量系统。

该系统能够实时监测电网中的三相电压、电流、频率、功率及功率因数等基本电能参量，为电能质量分析提供方便。

核心DSP芯片采用TI公司的TMS320F28335，模数转换芯片为AD7656，Zigbee无线通信芯片为CC2530。

本系统具有采样频率高、同步实时处理速度快、集成度高、成本低廉等特点，另外所采用的通信方式是近些年发展迅速的ZigBee也是一个特色。

关键词：

TMS320F28335，AD7656，CC2530，ZigBee无线通信

Abstract：

Moreandmorenon-linearloadsandshockloadsputintooperationmakesthepowersystempowerqualityproblemsisincreasing,whilemoreandmoreusersusemicroprocessor-basedautomationandcomputerequipmentthatpowerqualitysensitivetopowerqualityrequirementsmorestringent,makingthepowerqualityissuehasbecomethefocusofbothpartiesfortheelectricitypowerqualityproblemsasaquantitativemeasurementandidentificationofmeansofpowerqualitymonitoringtechnologybecomeapressingresearchfield.Thegoalofthisprojectistodevelopaprogrammable,synchronousmeasurementandanalysiscomputing,wirelesscommunicationsandotherfunctions-phaseelectricalparametermeasurementsystem.Thesystemiscapableofreal-timemonitoringofthegridphasevoltage,current,frequency,powerandpowerfactor,andotherbasicpowerparametersforpowerqualityanalysiswithease.CoreDSPchipusingTI'

sTMS320F28335,analog-digitalconversionchipAD7656,ZigbeewirelesscommunicationchipCC2530.Thesystemhasahighsamplingfrequency,synchronousreal-timeprocessingspeed,highintegration,lowcostandsoon,inadditiontomeansofcommunicationusedinrecentyearstherapiddevelopmentofZigBeeisaspecialty.

KEYWORDS:

TMS320F28335，AD7656，CC2530,ZIGBEE

第一章绪论

1.1课题背景

随着我国电力工业的迅速发展，电能质量对于电网的安全经济运行，保证工业产品质量和科学实验的正常进行以及降低能耗等均有重要意义。

为了改善这一状况，对电力系统进行完整分析和监测，成为检测技术的重要方向。

准确、完整地进行电力参数的测量和分析是成功的关键，因此电网质量的问题成为关键，电力参数的分析和监测已成为国际上讨论和研究的重点。

电能质量监测作为电能质量监控的一个关键环节,在电力系统运行管理和技术监督中起着重要的作用,同时也是保证电力系统良好供电质量的必要手段,研发功能强大的电能质量监测系统,使之能详细记录电力系统运行过程中的电能质量指标,监测电能质量污染源,从而为电网电能质量的治理和改善提供依据,对保证电力系统的安全,经济及稳定运行有重要的意义。

在电能质量问题不断加重和用户对电能质量的要求不断提高情况下,提高电能质量的监测水平有重要意义,一般认为电能质量监测的目的有:

1分析电力系统的性能:

通过监测电力系统的电能质量,使电力管理部门了解电力系统运行的总体状态,分析电力系统电能质量的水平和问题所在,从而为电力系统以后的规划布局和运营调度提供依据；

2根据系统各个监测点的电能质量监测数据,分析各种特性的电力负荷对电能质量的影响,有针对性的对电能质量进行治理,根据实际情况加装各种改善电能质量的装置；

3为供用电双方的争端提供裁决的数据依据，精确的电能质量监测,可以找出引起电能质量问题的原因,从而根据监测结果找到提高电能质量的方法和应对措施,并确定相关的治理责任方。

对电能质量的准确测量是治理与改善电能质量的基础，依托通信技术,建立能够实时共享各个监测点电能质量数据的监测平台,为电力系统的规划决策提供依据,同时根据系统的总体电能质量状况对其进行调节和调度。

电能质量监测对电网的安全、可靠、经济运行有着重大意义。

1.2电信号测量发展与需求分析

1.2.1发展历程

电力监测仪表或监测系统的发展主要分为三个阶段：

第一个阶段是早期的机械式仪表。

它们通常利用电磁感应和机械原理，采用指针式结构对电力参数进行测量。

由于电磁感应的结构和机械结构的不稳定性，在测量电力参数精度和准确性方面还有很大局限性，但也由于其结构简单、方便耐用、价格低廉，在一些简单的基础应用领域仍有广泛使用。

第二阶段是模拟电子技术的发展，带动了电参数测量的变革。

从20世纪70年代以后，电力监测仪表广泛开始采用模拟电子电路设计方案。

这种采用可以直观反映电参量关系原理设计的电子仪表比机械式监测仪表在稳定性和精度方面有了很大进步。

特别是80年代初期大规模集成电路的发展，更是促进了电子仪表的飞跃。

例如1976年，日本就曾采用时分割乘法器设计实现了高精度电子式电能测量仪。

但应用模拟电子技术设计的电子仪表也有其不足之处，如其结构复杂，对器件要求较高，而且可测参数较少，功能有限，这些都限制了模拟电子仪表的进一步发展。

第三阶段是数字采用技术广泛应用于电力参数监测领域，数字式电子电力监测仪表主要是以微处理器为核心，对转化的电网参数数字信号进行运算分析，进而达到获取各重要参数的目的。

数字采样技术方案相对于前两种有着明显的优势，如其功能强大，准确度高，功耗小，使用周期长等特点。

数字采样和处理技术的发展为仪表技术领域带来了一次重大变革，国外的许多重要生产商都将它们广泛的应用于测量领域，比较著名的仪器仪表公司如HP、Tektronix、Advantest等。

早期设计的嵌入单片机的数字式仪表结构设计简洁，功能较多，但大多其实际的测量功能仍是由模拟电子线路完成的，单片机只是完成简单控制、数据读取、参数显示的功能，并未有参与测量数据的处理分析过程当中。

随着计算机技术的快速发展，各种微处理器的出现层出不穷。

DSP（DigitalSignalProcessor）是专用于高速数字信号处理的高速、高位微处理器。

它拥有强大的计算功能，易于实现自适应信号的处理，同时它具有体积小、稳定性高、可重复性等特点，自二十世纪80年代问世以来，经过20多年的迅速普及和发展，同时也随着90年代末数字采样技术在电力测量领域的的广泛应用，当前数字式电子电力监测仪表主要以微处理器为核心，对转换后的数字电网信号进行分析、优化，然后提供更多参数，更高精度，更多功能的的运算结果和预测。

1.2.2需求分析

目前,基于DSP技术和网络技术的电能质量监测技术是近几年的研究热点,国内外已经有基于此技术的设备在实际中应用。

电能质量监测装置位于监测系统的终端,其负责现场数据的采集和处理,并将处理结果上传到监控中心。

监测装置的监测精度和实时性是监控系统性能的基础。

所以根据电能质量监测的实际需要和技术的发展,未来对监测装置的具体要求可以概括为:

1设备要有很好的实时性,能够快速捕捉电能质量问题；

2控制和通信功能将得到加强化。

监测仪表除具备一般的电量参数测量功能外，还将具备远程有线或无线的传输信号的能力，与计算机和其它仪表联网通信，并可以远程监测和控制；

3系统的各个部分应该尽量模块化,以适应不同应用场合的灵活配置；

4要控制监测设备的成本,以便进行大规模现场安装；

5数据管理和控制将进一步向智能化发展，集计算机、信息管理、自动控制等功能于一体。

1.3本课题的设计目标，要点

1.3.1设计目标

1总体设计电能质量监测系统的结构,完成DSP芯片选型,外围电路设计,AD模块，通信模块的设计；

2三相电压、电流的有效值的测量，有功功率、无功功率、功率因数等参数的计算分析；

3编写DSP相关的底层驱动程序,实现AD7656的采样控制和CC2530通信；

1.3.2要点及难点

1针对单相断电或过零检测坏节多次触发而引起采样中断或失步等情况,加设防采样失步控制逻辑,使得AD采样的触发可选的由锁相倍频的输出保证系统能在恶劣坏境下的正常采样；

2设计和实现锁相环电路,保证了系统的整周期采样；

3设计了适合系统需要的模拟调理电路,其中采用了归一化方法设计的抗混叠低通滤波器,减小了FFT计算的混叠误差,提高了谐波分析的精度；

4工作要求：

电压电流测量误差<

1%，实现CC2530无线通信。

1.4本文的主要内容和章节安排

本文“基于CC2530的电参数测量系统设计”共分五章莱尼阐述相应的理论与设计要点，设计过程。

各章节主要内容和章节安排如下：

第一章绪论：

本章主要叙述相关的课题背景,包括课题的提出，课题的需求分析，课题在国内外的研究现状，本课题的研究目标和重点难点。

第二章系统设计技术基础概述：

本章首先叙述电力电能工业中对于测量及计量的技术要求，实施标准情况,然后对于相关的算法理论基础和硬件基础作了介绍,最后简单说明了相应的软件设计方法。

第三章系统的硬件设计：

本章主要对组成和实现功能的整个系统的各个模块的划分，组成模块硬件设备的选型分析，然后对系统的功能模块各部分实现功能和流程作详细设计,尤其是各部分的同步和协调；

最后基础的数据输入与处理，通信功能模块部分作了详细设计,为整个系统的调试与功能完成奠定了基础。

第四章系统的软件设计：

本章介绍了系统的软件总体方案，即主要功能模块的具体软件实现流程，应用汇编语言与C语言混合编程的方式编写了部分软件程序，并利用仿真器和对程序进行了简要的调试分析。

第五章分析与小结；

对全文的内容和不足之处进行了分析、总结。

第二章系统设计技术基础概述

2.1测量与计量的技术要求

2.1.1信号采样

同步采样法是指采