當(dāng)前位置:首頁 > 測試測量 > 測試測量
[導(dǎo)讀]摘要:針對電網(wǎng)電壓的監(jiān)測,通過交、直流采樣方法對比,選用交流采樣方法,設(shè)計(jì)開發(fā)了智能型電網(wǎng)電壓監(jiān)測儀,詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)有效減少了采樣中的非線性環(huán)節(jié),提高了采樣精度,設(shè)計(jì)的儀表可實(shí)

摘要:針對電網(wǎng)電壓的監(jiān)測,通過交、直流采樣方法對比,選用交流采樣方法,設(shè)計(jì)開發(fā)了智能型電網(wǎng)電壓監(jiān)測儀,詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)有效減少了采樣中的非線性環(huán)節(jié),提高了采樣精度,設(shè)計(jì)的儀表可實(shí)現(xiàn)單臺獨(dú)立工作,也可通過與PC機(jī)通訊,進(jìn)行集中監(jiān)控,適用于工業(yè)用電量采集等應(yīng)用場合。
關(guān)鍵詞:硬件設(shè)計(jì);電壓測量;交流采樣;智能儀表


1 引言
    電力系統(tǒng)中電網(wǎng)電壓的測量與監(jiān)控影響電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)化管理。為實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)電壓,采用由微處理器控制的數(shù)字式測量儀表。在數(shù)字式測量初期,電網(wǎng)電壓測量大多采用整流后的直流量,但其測量精度直接受整流電路影響;整流電路參數(shù)調(diào)整困難,受波形因素影響較大;而交流采樣是按照一定規(guī)律采集被測信號的瞬時(shí)值,再用一定的數(shù)值計(jì)算法求得被測量的值。交流采樣取決于測量精度和測量速度。這里介紹一種基于交流采樣的電網(wǎng)電壓智能監(jiān)測硬件和軟件設(shè)計(jì),可直觀準(zhǔn)確地反映電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。


2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)架
    系統(tǒng)硬件電路由3部分組成:數(shù)據(jù)采集、單片機(jī)系統(tǒng)和接口,硬件框圖如圖1所示。

    被測三相電壓分別加到取樣電路的輸入端,信號按比例變換后,再經(jīng)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò),由16選1多路模擬開關(guān),采樣保持電路加到A/D轉(zhuǎn)換的輸入端。A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存后輸入MCU,再由運(yùn)算判斷被測電壓是否合格。同時(shí),可將測量結(jié)果計(jì)入存儲器件。MCU通過對時(shí)鐘的操作,可實(shí)時(shí)將時(shí)間及測量結(jié)果顯示在VFD上,通過鍵盤調(diào)整時(shí)鐘。因系統(tǒng)中有存儲器件,可將歷史數(shù)據(jù)調(diào)出,在VFD顯示??蓪y量儀通過PC機(jī)接口與微機(jī)連接,在微機(jī)上集中操作、監(jiān)控儀表。
2.2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
    該儀表設(shè)計(jì)測量范圍為90~110 V,因此峰值電壓為通過匹配網(wǎng)絡(luò),峰值電壓變?yōu)樗?,選取耦合線圈的初級與次級比為12:1,匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓則為-10~+10 V。
    采用輪詢方式設(shè)計(jì),選用模擬多路開關(guān)器件CD4067B,分別選通3路被測電壓,通過同一測量電路分別測量3路。CD40-67B的輸入阻抗為50 Ω,其輸入端必須加匹配網(wǎng)絡(luò)。該器件輸入VP-P最大值為20 V,最大延遲時(shí)間60 ns。采樣保持電路采用LF398,該器件輸入VP-P最大值36V,滿足測量需求。A/D轉(zhuǎn)換器采用AD574A,該器件輸入電壓為+10 V,采樣位數(shù)為12位。采樣數(shù)據(jù)選用帶符號的二進(jìn)制表示,最高位為符號位,后11位為數(shù)據(jù)位,采樣速度達(dá)35μs。AD574A可調(diào)節(jié)參考電壓,提高測量精度。經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)74LS374鎖存后輸入MCU進(jìn)行計(jì)算。MCU選用AT89C51,內(nèi)帶4KB片內(nèi)ROM,時(shí)鐘選用11.0592 MHz,可滿足計(jì)算需求。
    時(shí)間參數(shù)采用HI1380串行時(shí)鐘記錄,該器件是帶有秒、分、時(shí)、月、年的串行時(shí)鐘保持器件,通過MCU操作該器件,可正確獲取時(shí)間參數(shù),用來統(tǒng)計(jì)電壓信息。電壓的統(tǒng)計(jì)信息保存在存儲器件內(nèi),方便調(diào)閱歷史信息。儀表使用24C64器件保存信息,該器件通過I2C總線完成操作,其容量為64 KB,可滿足記錄兩個(gè)月歷史信息的需求。
    顯示部分使用16T202DAJ型VFD模塊,該模塊可用于字符操作,適合于儀表顯示。數(shù)據(jù)線選擇4位操作方式,通過MCU控制顯示時(shí)間、電壓信息及歷史信息。通過3個(gè)按鍵對MCU操作,可完成修改時(shí)間、調(diào)用歷史信息等操作。
    接口使用SP490器件構(gòu)建,該器件為全雙工的RS-485電平收發(fā)器,通過與MCU的串口連接,可被PC機(jī)操作,從而實(shí)現(xiàn)儀表的遠(yuǎn)程操作、集中監(jiān)控等功能。
2.3 系統(tǒng)線路布局
    圖2為系統(tǒng)線路布局示意圖。PCB板按信號流程布局,信號由機(jī)箱后面板輸入,經(jīng)過電壓采樣、模擬開關(guān)、采樣保持和A/D轉(zhuǎn)換后將輸入的模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號。圖2中的虛線部分是模擬電路。

    A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入MCU處理,MCU控制時(shí)鐘、存儲器件、顯示模塊操作和接口電路部分為純數(shù)字電路。儀表與PC機(jī)接口在機(jī)箱后面板,而顯示及鍵盤操作在機(jī)箱前面板。
    要特別注意對電源的處理,數(shù)字電路的電源會干擾模擬電路,從而使測量誤差增大。模擬電源均增加了電感和電容濾波,信號地和電源地分開,連接時(shí)用電感濾波。通過PCB板的合理布局及電源電路的特別處理,可降低電源和信號干擾,減少測量誤差。


3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

    由離散化公式可知,根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)不同時(shí)刻的電壓采樣值及采樣點(diǎn)數(shù)可計(jì)算出電壓的有效值。根據(jù)周期T,選擇適當(dāng)?shù)牟蓸哟螖?shù)N,以確定采樣時(shí)間間隔。由于AT89C51的主頻為11.059 2.MHz和AD574的轉(zhuǎn)換速度為35μs,并考慮到電力參數(shù)精度要求,采樣周期定為312.5μs,即每個(gè)周期內(nèi)采樣64點(diǎn)。另外,阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓與輸出電壓比為所以阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)輸出端的電壓為:
   
式中,un為第n時(shí)刻的瞬時(shí)采樣電壓。
則所測電壓為:


    根據(jù)式(3),可計(jì)算出被測信號電壓,從而可統(tǒng)計(jì)出每天的電壓合格時(shí)間。


4 結(jié)束語
    該系統(tǒng)是基于交流采樣設(shè)計(jì)的電力參數(shù)監(jiān)測儀器。通過簡單改變,測量電流、功率等電網(wǎng)參數(shù),所有結(jié)果可在VFD上顯示。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。在數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換等方面,具有實(shí)時(shí)性好、系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、可擴(kuò)展性好等特點(diǎn),易于在類似的丁業(yè)以及民用的測控系統(tǒng)推廣使用。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動(dòng)力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉