[发明专利]一种基于USB总线的电晕电流采集卡

说明书

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种基于USB总线的电晕电流采集卡。

背景技术

随着中国输电线路电压等级的提高以及特高压直流输电工程的投入运行，输电线路的电晕损失问题日益突出。电晕损失的研究，对于输电线路经济稳定运行具有重要意义。

目前电晕电流测量系统大多是由货架产品组成，所使用的数据采集装置多种多样，数据精度、采样率、存储深度参差不齐，无法满足电晕电流稳定采集可靠传输的需要。有些自行研制的数据采集装置，也仅限于实验室等较理想的环境中进行简单实验，一旦工作在实际输电线路中，容易发生设备击穿或者干扰较大导致数据不够精准的情况，不能可靠地进行工程上的实际应用。

目前广泛应用的USB(Universal Serial BUS)接口具有安装方便、带宽高、成本低、可靠性高和外设容量大等优点。USB2.0支持的最高传输速度可达到480Mb/s,基本能够满足日益复杂的高级外设与计算机之间的高性能连接需求,正逐渐成为现代数据传输发展的趋势之一。所以本发明在国内外现有研究成果的基础上，基于低功耗、抗干扰技术和USB传输总线，研制出低频段的电晕电流数据采集卡，可以准确可靠测量特高压直流电晕笼低压侧电晕电流信号，并实现波形的快速实时显示和数据的大容量自动存储。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于USB总线的电晕电流采集卡，实现了在特高压直流电晕笼低压侧对电晕电流进行安全稳定可靠地采集，可通过USB2.0总线稳定高速地传输数据并在上位机快速实时地显示采集波形和大容量定时保存数据。

本发明提供的一种基于USB总线的电晕电流采集卡，其改进之处在于，所述电晕电流采集卡包括依次连接的信号调理模块、A/D转换模块和USB控制模块；所述USB控制模块与所述信号调理模块通信；

无感电阻传感器将电晕电流转换为电压信号传给所述电晕电流采集卡的所述信号调理模块进行限幅、放大、滤波和隔离，并传给所述A/D转换模块进行数据采样和转换，转换后的信号传给所述USB控制模块进行控制和存储，并将存储的信息传给计算机。

其中，所述信号调理模块包括依次连接的限幅保护电路、程控放大电路、抗混淆滤波电路和射极跟随电路。

其中，所述A/D转换模块用于将所述信号调理模块输出的模拟信号转换为数字信号。

其中，所述USB控制模块包括8051微控制器、通用可编程接口GPIF、串行接口引擎和USB收发器；

所述8051微控制器的I/O口与所述信号调理电路连接；

所述通用可编程接口GPIF通过数据总线与所述A/D转换模块连接；

所述串行接口引擎和所述USB收发器分别与PC机以USB2.0协议通信。

其中，所述限幅保护电路包括并联的瞬态抑制二极管TVS和陶瓷放电二极管，用于A/D转换模块的采集信号进行幅值限定，防止高压击穿A/D模块。

其中，所述射极跟随电路由低成本、低功耗、高速运算放大器AD817实现，其用于提高输入阻抗及实现信号隔离。

其中，所述程控放大电路包括集成程控增益放大器；

所述集成程控增益放大器选用BURR.BROWN公司的PGA202程控仪表放大器。

其中，所述抗混淆滤波电路采用集成有源滤波器；

所述集成有源滤波器选用MAXIM公司的单片集成滤波器芯片MAX27。

其中，所述A/D转换模块包括信号采集芯片，其采用500kHZ采集速率、12位分辨率的A/D转换器AD7864。

其中，所述USB控制模块采用Cypress公司生产的CY7C68013A，通过其内部FIFO同步被动模式实现所述电晕电流信号数据的传送。

其中，所述通用可编程接口GPIF通过数据总线与所述A/D转换模块连接，在所述8051微控制器与所述A/D转换模块通信时，采用转换后读取数据的方式。芯片CY7C68013A通过CTL0、CTL1和CTL2控制AD7864的CONVERT、RD和WR引脚，并通过RDY0采集AD7864的EOC引脚信号，从而控制数据的读取。

其中，所述通用可编程接口GPIF单次写波形通过状态0和状态1实现单个byte或者word的写过程。

其中，所述USB控制模块通过FIFO（先进先出）读取波形，辨别读取数据的状态；状态0使A/D进入可读状态，状态1确定数据是否有效，状态3判断数据是否读出完毕。

与现有技术比，本发明的有益效果为：