[实用新型]液晶高精度电能质量实验仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种液晶高精度电能质量实验仪，属于电子技术应用和实验应用的领域。

背景技术

当今社会，电能已经成为了人类赖以生存的能源之一。伴随着现代社会的飞速发展，电能的需求量在不断增加，同时电能质量问题也越来越引起供电方和用电方的关注。电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。在理想状态的公用电网下，电能是以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户进行供给。

但是近些年来，电网中的发电机、变压器、输电线路和各种用电设备的非线性和不对称性，许多新型的电力电子设备运行时向电力系统注入的谐波电流等因素的关系，使公共连接点的电压波形严重畸变，以及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，使得电力的理想状态并不存在。因此，对电网的电能质量的监测是十分必要的。

近年，数字信号处理器DSP和微处理器MCU的技术有了很大的发展，DSP芯片有着强大、快速的数据处理能力和定点、浮点的运算功能及很高的性价比，为电能质量实时监测提供了理想的解决方案。因此本实用新型在电能质量监测的硬件设计中结合新型高性能DSP技术，极大地提高对原始采集数据的预处理和计算速度，实现数据采集处理系统的实时监测与计算。同时通过对电能质量的测量，能使学生更好的掌握和理解电的特性。

实用新型内容

针对现有的测量和实验仪器的不足，本实用新型设计的液晶高精度电能质量实验仪，采用高性能DSP和MCU处理技术，通过高速实时采集交流电流和电压模拟信号，在A/D转换后输入到DSP芯片中对数据进行实时分析处理，计算交流电的各种电力参数，得到交流电的多种电能质量信息，并能将监测数据进行存储或通过通信端口进行通信传输。

本实用新型采用DSP+MCU的双核设计方案。DSP选用TI公司低功耗DSP TMS320F28335芯片,MCU选用TI公司低功耗单片机MSP430F2416芯片。其中DSP作为运算核心，负责对信号进行采样和运算分析；MCU作为控制核心，负责按键接口，通信接口和液晶显示。其工作原理是首先经电压传感器及电流传感器采集电网电压和电流，通过AD芯片转化为数字量送给DSP芯片，并进行运算，而MCU则通过接口控制信号采集及数据通信，并作为按键输入和液晶屏显示的控制单元。

实验仪上设置有液晶屏、信号输入端口、测量按键、功能按键、选择按键和信号通信端口，实验仪内具有DSP和MCU主芯片，数据采样、A/D转换、锁相倍频、信号处理和液晶显示电路。本实用新型充分利用DSP高速计算能力实现FFT算法，对电能质量进行系统的监测。可完成为频率、电压波动和闪变、电压偏差、瞬态过电压、谐波及暂时过电压和相位平衡等电能质量指标的测量和显示。

本实用新型的DSP主芯片TMS320F28335数字信号处理器是TI公司最新推出的32位浮点DSP控制器。与以往的定点DSP相比，TMS320F28335增加了单精度浮点运算单元FPU，大大提高了计算的准确度。且Flash增加了一倍为256K×16Bit，同時增加了DMA功能，可将ADC转换结果直接存入DSP的任一存储空间。此外，它还增加了CAN通讯模块、SCI接口和SPI接口。TMS320F28355的主频最高为150MHz，同时具有外部存储扩展接口、三个定时器、6通道的12位AD转换器，拥有功能强大的External Interface外部接口，是16/32位数据位宽可配置。在系统设计时，可以通过该接口很方便地扩展片外存储器和其他外设。

TMS320F28335DSP具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多达18路的PWM输出，与以往DSP相比，平均性能提升50%，并与定点C28x控制器软件兼容，从而简化软件开发，缩短开发周期，降低开发成本。

通过TMS320F28335芯片能确保足够高的采样率，最高可达每周波1024点，同时本实验仪采用ADS8365芯片进行数据A/D转换与采集，从而实现高精度的多通道数据处理。

一般电力系统中高次谐波的含量非常低，但当A/D芯片的分辨率只为12位时，因A/D转换精度不够，对高次谐波会造成一定的误差，因而需要在测量单元中选用较高分辨率的A/D芯片。考虑到成本因素采用性价比较高的ADS8365芯片，它是TI公司的一款六通道、16位并行输出、同步采样的模数转换器。该芯片提供了一个灵活的高速并行接口，可直接与数字信号处理器TMS320F28335相连。