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

1、关键词：参数测量，FIR 滤波，DSP，CPLDElectrical Parameters Measurement System DesignAbstractWith the rapid development of power electronics industry in recent years and various complex,precision,power quality sensitive to the popularity of electrical equipment,it make people to the electric power quality request

2、 is more and more high,thus for effective power parameters measurement,monitoring and analysis,has become an urgent and importment tasks.This system is based on TMS320F2812 of TI company and high precise 16-bit analog-digit transform chip ADS8364. In the time sequence control respect, it uses CPLD t

3、o realize frequent tracking and synchronized sampling function,at the same time it gives the VHDL programming.Finally combining practical circuit system dragram,introduces the operation principle of each module and has a design on hardware and software section.Practice shows that the design achieves

4、 the expected requirements and goals, each module structure connected ,has the very good expansibility and portability, it meets the needs of measurement of the electrical factors.Keywords: parameters measurement, FIR filter, DSP,CPLDV目 录摘要IIIAbstractIV1 绪论11.1 课题的来源11.2 课题的意义11.3 电参数测量系统国内外发展现状11.3

5、.1 基于对正余弦周期信号模型的研究现状11.3.2 基于对非周期信号模型的研究现状21.3.3 基于对离散频谱分析模型的研究现状21.3.4 基于对数字信号处理器的国内外研究现状21.4 课题研究的主要内容32 电参数测量的标准及方案设计42.1 交流电参数的测量标准及问题42.1.1 交流电参数测量的标准42.1.2 电参数测量的问题52.2 电参数测量系统的方案设计52.2.1 系统设计的规则要求52.2.2 系统总体方案的确定63 测量与信号处理的算法研究83.1 FIR 滤波器模型的建立83.1.1 FIR 数字滤波器简介83.1.2 FIR 滤波器的算法实现93.2 基于周期法测量

6、各参数的算法实现93.2.1 周期测量法93.2.2 傅里叶变换测量法104 电参数测量系统的硬件设计124.1 硬件平台的总体设计124.1.1 系统硬件部分的设计原则124.1.2 硬件部分的总体设计方案124.2 系统硬件各模块的实现134.2.1 信号处理模块134.2.2 A/D 转换模块134.2.3 DSP 数据处理模块144.2.4 逻辑控制模块174.2.5 通信接口显示模块195.1 控制部分软件设计215.1.1 软件系统程序流程的设计215.1.2 系统软件部分程序225.2 DSP 部分软件设计255.2.1 DSP 程序设计概述255.2.2 数据的采集265.2.

7、3 频率的计算265.2.4 其它电参数的计算275.2.5 与 PC 口的串行通信276 总结29参考文献30致 谢31附 录321 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

8、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

9、，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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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 TMS320F2812DSP 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