專利名稱：一種電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)電力設(shè)備的監(jiān)測(cè)裝置，更具體的說(shuō)是一種電能質(zhì)量綜合監(jiān) 測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
電能質(zhì)量表征電網(wǎng)公司供電的質(zhì)量水平，也是用電用戶用電狀況的反映， 是電力市場(chǎng)化發(fā)展過(guò)程中衡量電能的質(zhì)量水平的重要指標(biāo)。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置 根據(jù)實(shí)時(shí)地檢測(cè)或監(jiān)測(cè)電網(wǎng)(電網(wǎng)側(cè)或負(fù)荷側(cè))的電壓、電流的質(zhì)量參數(shù)(包 括幅值、相位和頻率，諧波，以及電壓暫降、驟升等短暫擾動(dòng))，以實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè) 點(diǎn)電能質(zhì)量水平的評(píng)估。為了保證檢測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，，要求電壓、電 流的檢測(cè)速度和各參數(shù)的計(jì)算結(jié)果要盡可能縮短。但是，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的各種
電能質(zhì)量檢測(cè)裝置存在以下缺陷1)電能質(zhì)量檢測(cè)功能單一，不能滿足對(duì)電能 質(zhì)量的綜合評(píng)估的需要，因而實(shí)用性差；2)檢測(cè)算法采用傅立葉算法和常規(guī)的 瞬時(shí)無(wú)功功率理論算法，檢測(cè)所需時(shí)間長(zhǎng)；3)基于順序結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)， 軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性、擴(kuò)展性、維護(hù)性差。
基于現(xiàn)有硬件結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)順序結(jié)構(gòu)的軟件設(shè)計(jì)方法，由于單片微型計(jì)算機(jī) 的程序一般與硬件資源結(jié)合比較緊密，則軟件的穩(wěn)定性、安全性和移植性都受 到很大限制，其中比較突出的問(wèn)題是各個(gè)任務(wù)之間的時(shí)序配合和對(duì)硬件資源的 獨(dú)占和釋^:控制。傳統(tǒng)順序結(jié)構(gòu)的程序流程模式是程序從一個(gè)主函數(shù)開(kāi)始， 經(jīng)過(guò)對(duì)石更件進(jìn)行各種初始化后，進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)。在這個(gè)死循環(huán)中，必須對(duì)上 述各個(gè)常規(guī)任務(wù)的執(zhí)行順序、執(zhí)行時(shí)間和對(duì)硬件資源的占有、釋放進(jìn)行嚴(yán)格的 安排，任何時(shí)序配合失誤或硬件資源分配失誤都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。即便實(shí)現(xiàn) 了較好的時(shí)序配合和硬件資源分配，由于無(wú)可避免存在各種中斷和異常處理問(wèn) 題，預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序流程必然被打亂，此時(shí)整個(gè)軟件的時(shí)序配合和硬件資源 分配就很有可能失控，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。此外，任何新的任務(wù)(新功能需 求)的加入，都會(huì)對(duì)原程序流程和中斷處理的時(shí)序配合和資源分配造成很大的 影響，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
本實(shí)用新型的目的在于提供一個(gè)基于DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)和CPLD (復(fù) 雜可編程邏輯器件)的電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)裝置，克服和解決現(xiàn)有的電能質(zhì)量監(jiān) 測(cè)裝置通用性差、4全測(cè)時(shí)間慢等缺陷。
本實(shí)用新型采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述目的。
本設(shè)計(jì)為一種電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)裝置，包括設(shè)置在機(jī)殼外側(cè)的液晶顯示屏、 鍵盤(pán)陣列、電源接口、三相電壓采樣端口和三相電流采樣端口，上述元件與設(shè) 置在機(jī)殼內(nèi)的電路板連接，所述電路板的電路結(jié)構(gòu)主要包括電源模塊、A/D轉(zhuǎn) 換模塊、DSP電路模塊和CPLD電路模塊，電源模塊與其它模塊連接，A/D轉(zhuǎn) 換模塊、DSP電路模塊和CPLD電路模塊依次連接。本實(shí)用新型在裝置的硬件 設(shè)計(jì)和程序開(kāi)發(fā)上，充分考慮本實(shí)用新型技術(shù)對(duì)各種供電系統(tǒng)接線方式的適應(yīng) 能力、電壓電流的檢測(cè)速度、電能質(zhì)量評(píng)估參數(shù)的算法設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等 各綜合因素。為增加本實(shí)用新型的控制功能和適應(yīng)能力，設(shè)計(jì)出能滿足各種不 同的供電系統(tǒng)接線方式、各種不同的負(fù)載特性和應(yīng)用場(chǎng)合的硬件系統(tǒng)及相應(yīng)的 功能軟件模塊。眾多的功能模塊及控制算法確保本監(jiān)測(cè)裝置的強(qiáng)適應(yīng)性能和快 速響應(yīng)性能，還可以根據(jù)不同的使用場(chǎng)合需要增添或修改合適的控制策略模塊， 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)和升級(jí)。
具體的電路結(jié)構(gòu)是所述DSP電路模塊包括DSP主電路、驅(qū)動(dòng)模塊、通信模 塊、存儲(chǔ)模塊和實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，DSP主電路、驅(qū)動(dòng)模塊、存儲(chǔ)模塊和實(shí)時(shí)時(shí)鐘 電路連接，驅(qū)動(dòng)模塊與通信模塊連接。驅(qū)動(dòng)模塊包括驅(qū)動(dòng)電路、連接A/D轉(zhuǎn)換 模塊的通信接口和連接液晶顯示屏的LCD接口 ，驅(qū)動(dòng)電路與上述接口和通信模 塊連接。通信模塊包括異步串口通信電路、RS232通信接口 、 RS485接口和USB 接口，異步串口通信電路與驅(qū)動(dòng)模塊、RS232通信接口、 RS485接口和USB接 口連接，RS232通信接口、 RS485接口和USB接口設(shè)置在機(jī)殼外側(cè)。存儲(chǔ)模塊 包括與DSP主電路連接的I2C存儲(chǔ)電路、SRAM存儲(chǔ)電路和FLASH存儲(chǔ)電路。 CPLD電路模塊包括CPLD電路、鍵盤(pán)接口 、 PLL電路和看門(mén)狗電路，CPLD電 路與鍵盤(pán)接口、 PLL電路和看門(mén)狗電路連接，4建盤(pán)接口連接鍵盤(pán)陣列。A/D轉(zhuǎn) 換模塊包括A/D轉(zhuǎn)換電路、電壓互感器、電流互感器、連接DSP電路模塊的通 信接口和同步方波產(chǎn)生電路，A/D轉(zhuǎn)換電路與電壓互感器、電流互感器、連接
DSP電路模塊的通信接口 ；連接DSP電路模塊的通信接口和同步方波產(chǎn)生電路 連接，電壓互感器連接三相電壓采樣端口，電流互感器連接三相電流采樣端口。 電源模塊包括與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接的供電電源調(diào)整電路、與DSP電路模塊連接 的電源調(diào)整電路，上述調(diào)整電路依次與電源接口連接。電路結(jié)構(gòu)分成兩塊電路 板印刷，DSP電路模塊、CPLD電路模塊和電源調(diào)整電路印刷在主電路DSP板 上，A/D轉(zhuǎn)換模塊和供電電源調(diào)整電路印刷在數(shù)據(jù)采集AD板上，主電路DSP 板和數(shù)據(jù)采集AD板通過(guò)電源接口及通信接口連接。DSP電路模塊和CPLD電 路模塊分別設(shè)有JTAG接口 。
基于上述的硬件結(jié)構(gòu)，在軟件方面，采用TI專門(mén)為T(mén)MS320C6000tm、 TMS320C5000 和TMS320C28x DSP平臺(tái)而i殳計(jì)的可伸縮實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi) 核DSP/BIOS 。由于采用了 DSP/BIOS實(shí)時(shí)內(nèi)核，程序員的軟件i殳計(jì)只需針對(duì) 產(chǎn)品的功能需求來(lái)設(shè)計(jì)各種任務(wù)代碼，而無(wú)需對(duì)硬件系統(tǒng)、任務(wù)調(diào)度和任務(wù)的 時(shí)序配合等問(wèn)題進(jìn)行專門(mén)設(shè)計(jì)，這些工作可以由DSP/BIOS來(lái)統(tǒng)一調(diào)度處理。在 任務(wù)實(shí)時(shí)性方面，程序員只需給各任務(wù)分配不同的優(yōu)先級(jí)，DSP/BIOS可自行才艮 據(jù)任務(wù)優(yōu)先級(jí)來(lái)調(diào)度任務(wù)，以確保優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)可以最先執(zhí)^f亍，優(yōu)先級(jí)最 低的任務(wù)最后執(zhí)行。將DSP/BIOS應(yīng)用于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀上，不但能夠縮短DSP 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，而且因?yàn)镈SP/BIOS的多線程機(jī)制使得應(yīng)用程序的功 能得到了徹底的分化,所以在這種情況下，當(dāng)原程序增加新的功能時(shí)也不會(huì)影響 到程序的實(shí)時(shí)響應(yīng)特性，增強(qiáng)了程序的可維護(hù)性。另夕卜,DSP/BIOS包含的實(shí)時(shí)分 析工具集成于TI的Code Composer Studio開(kāi)發(fā)環(huán)境當(dāng)中，該分析工具在不打斷 DSP正常工作的情況下，捕捉并顯示有關(guān)線程執(zhí)行順序、執(zhí)行效率及CPU總負(fù)載 量等方面的信息，簡(jiǎn)化了對(duì)程序調(diào)試和優(yōu)化的過(guò)程。
從功能需求角度來(lái)分析，本電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的軟件模塊可劃分為AD采 樣任務(wù)、數(shù)值讀取任務(wù)、電力參數(shù)計(jì)算任務(wù)、通信任務(wù)、液晶顯示任務(wù)和4建盤(pán) 掃描任務(wù)等。在進(jìn)行本監(jiān)測(cè)裝置的軟件設(shè)計(jì)時(shí)，需要在某一個(gè)時(shí)間間隔(程序 執(zhí)行周期)內(nèi)執(zhí)行完各種常規(guī)任務(wù)；此外，中斷等特殊任務(wù)(如AD采樣中斷) 是需要實(shí)時(shí)處理的，而常規(guī)任務(wù)必須等待特殊任務(wù)完成后才能予以執(zhí)行。當(dāng)特 殊任務(wù)發(fā)生時(shí)，軟件系統(tǒng)必須把正在執(zhí)行的常規(guī)任務(wù)暫時(shí)掛起，并立即處理特 殊任務(wù)，待特殊任務(wù)完成后才接著處理被掛起的常規(guī)任務(wù)。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
1) 監(jiān)測(cè)策略豐富，充分考慮各種現(xiàn)場(chǎng)情況，并相應(yīng)地設(shè)定了合適的策略， 能滿足多種不同供電接線方式的需要，通用性強(qiáng)；
2) 計(jì)算方法快速、有效，遠(yuǎn)小于常規(guī)采用傅立葉算法，在實(shí)時(shí)完成電能質(zhì) 量 的檢測(cè)和計(jì)算；
3 )主要軟件系統(tǒng)基于DSP/BIOS來(lái)設(shè)計(jì)，突破了采用傳統(tǒng)順序結(jié)構(gòu)的軟件 設(shè)計(jì)方式來(lái)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的缺陷，有效地避免了誤動(dòng)、軟件崩潰等情況的出現(xiàn)， 提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性；
4)本控制裝置自動(dòng)檢測(cè)控制程度高，操作方便，能實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的無(wú)功補(bǔ) 償設(shè)備運(yùn)行。


圖1為本實(shí)用新型正面面板結(jié)構(gòu)示意圖2為本實(shí)用新型背面面板結(jié)構(gòu)示意圖3為主電^各DSP板的方框圖4為數(shù)據(jù)采集AD板的方框圖5為DSP主電贈(zèng)-原理圖6為CPLD電路原理圖7為異步串行電路原理圖8為驅(qū)動(dòng)電路原理圖9為接口電路原理圖IO為實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路原理圖11為PLL電路原理圖12為看門(mén)狗電3各原理圖13為電源調(diào)整電路原理圖14為存儲(chǔ)電路原理圖15為數(shù)據(jù)采集AD板電路原理圖16主電路DSP板程序流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型的機(jī)殼上i殳有前、后面板，前面板主要設(shè) 有電源指示燈1、 LCD液晶顯示屏2、鍵盤(pán)陣列3和USB接口 4，后面板主要 設(shè)有220V電源接口 5 、三相電壓采樣端口 6、三相電流采樣端口 7、 RS232接 口 8和RS485接口 9。其中鍵盤(pán)陣列3包括reset鍵、掉電重啟鍵、向上鍵、向 下鍵、菜單鍵、取消鍵、確定鍵7個(gè)鍵盤(pán)。
前面板上的電源指示燈由主電路DSP板上的LED二極管顯示，從圖3的電 路方框圖可以看出，主電路DSP板主要由RS232通信接口 10、 USB接口 11、 RS485通信接口 12、異步串口通信電路13、連接AD板的通信接口 14、驅(qū)動(dòng)電 路15、 LCD接口 16、 12C存儲(chǔ)電路17、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路18、 SRAM存儲(chǔ)電路19、 DSP主電路20、 DSPJTAG接口21、 FLASH存儲(chǔ)電路22、電源調(diào)整電路23、 鍵盤(pán)接口 24、 CPLD電路25 、連接AD板電源接口 26、 PLL電路27、看門(mén)狗電 路28和CPLD JTAG接口 29構(gòu)成。
其相互連接的關(guān)系為RS232通信接口 10、 USB接口 11和RS485通信接 口通過(guò)異步串口通信電路13最終與DSP主電路20的數(shù)據(jù)線相連；LCD接口 16 與對(duì)應(yīng)的液晶顯示屏相連提供顯示功能；I2C存儲(chǔ)電路17與DSP主電路20的 通用I/O 口相連；SRAM存儲(chǔ)電路19和FLASH存儲(chǔ)電路22與DSP主電路20 的數(shù)據(jù)和地址線相連；實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路18與DSP主電路20的數(shù)據(jù)線相連；DSP JTAG接口 21通過(guò)端口線與DSP主電路20相連；DSP主電路20與CPLD電路 25通過(guò)各種控制線相連；鍵盤(pán)接口 24、 PLL電路27和看門(mén)狗電路28通過(guò)各自 的控制線與CPLD電路25相連；CPLD JTAG接口 29通過(guò)端口線與CPLD電路 25相連；連接AD板電源接口 26與AD板供電電源端口相連；電源調(diào)整電路23 與DSP主電路20和CPLD電路25等相連提供運(yùn)行所需電源。
LCD液晶顯示屏2與主電路DSP板上的LCD接口 16相連；鍵盤(pán)陣列3與 主電路DSP板上的鍵盤(pán)接口 24相連；USB接口 4通過(guò)與主電路DSP板上的USB 接口 11相連。RS232接口 8和RS485接口 9分別與主電路DSP板上的RS232 通4言接口 10和RS485通信接口 12相連。
從圖4的電路方框圖可見(jiàn)，數(shù)據(jù)采集電路AD板主要由同步方波產(chǎn)生電路 30、連接DSP板的通信接口 31、電壓互感器32、 A/D轉(zhuǎn)換電路33、電流互感 器34、連接DSP板的電源接口 35、供電電源調(diào)整電路36和外部 220V供電接
口37組成。其相互連接關(guān)系為同步方波產(chǎn)生電路30通過(guò)連接DSP板的通信 接口 31為主DSP板提供同步信號(hào)，連接DSP板的通信接口 31通過(guò)PIN40信號(hào) 排線與主電路DSP板相連；電壓互感器32和電流互感器34與A/D轉(zhuǎn)換電路的 采樣信號(hào)端口相連；外部-220V供電接口 37與外部供電電源相連為整個(gè)儀器 供電；供電電源調(diào)整電路36與外部-220V供電接口 37相連為A/D轉(zhuǎn)換電路 33和連接DSP板的電源接口 35提供合適的電源。
結(jié)合圖15的原理圖，后面板上220V電源接口 5與數(shù)據(jù)采集電路AD板上 接口 XJ1的1和2腳相連，為整個(gè)監(jiān)測(cè)裝置供電；三相電壓采樣端口 6與數(shù)據(jù) 采集電路AD板上接口 XJ1的3、 4、 5和6腳相連；三相電流采樣端口 7與數(shù) 據(jù)采集電路AD板上的電流互感器34,即A4、 A5和A6相連。
本電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置采用DSP/BIOS作為軟件設(shè)計(jì)和運(yùn)行平臺(tái)，大大改變了 傳統(tǒng)的基于順序結(jié)構(gòu)的編程方式，編程方式也更靈活。而采用DSP/BIOS實(shí)時(shí)多 任務(wù)內(nèi)核，軟件設(shè)計(jì)不需要考慮任務(wù)資源占用、釋放、任務(wù)時(shí)長(zhǎng)計(jì)算和時(shí)序配 合、中斷程序處理等問(wèn)題，這些問(wèn)題統(tǒng)一由DSP/BIOS來(lái)處理。主控電路板的程 序流程框圖如圖16所示。各具體任務(wù)包括AD采樣任務(wù)、數(shù)值讀取任務(wù)、電 力參數(shù)計(jì)算任務(wù)、通信任務(wù)、液晶顯示任務(wù)和鍵盤(pán)掃描任務(wù)等。上電開(kāi)機(jī)后， 程序在屏蔽中斷的情況下首先完成系統(tǒng)的初始化，包括DSP/BIOS配置中指定的 各個(gè)寄存器的設(shè)置，以及PLL倍頻時(shí)鐘的設(shè)置等，然后調(diào)用main()函數(shù)完成硬 件的初始化工作，各種初始化完成后開(kāi)放中斷，調(diào)用BIOS_start,開(kāi)始按優(yōu)先級(jí) 檢測(cè)并執(zhí)行硬件中斷服務(wù)子程序、軟件中斷以及任務(wù)。當(dāng)前面所有線程都沒(méi)有 執(zhí)行時(shí)，開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)后臺(tái)循環(huán)(IDL—F—loop)。在后臺(tái)循環(huán)中，若有石更件中斷， 則立即暫停后臺(tái)線程，切換到硬件中斷服務(wù)子程序。當(dāng)石更件ISR完成后，才艮據(jù) 具體情況，判定有無(wú)軟件中斷或喚醒任務(wù)，最后才回到后臺(tái)線程中繼續(xù)運(yùn)行。 此過(guò)程統(tǒng)一由DSP/BIOS來(lái)調(diào)度處理，并按以下順序來(lái)執(zhí)行AD采樣任務(wù)最優(yōu) 先被調(diào)用，通過(guò)數(shù)據(jù)采集電路板的電流傳感器和電壓傳感器將監(jiān)控電路的高壓 大電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為A/D可以接收的弱信號(hào)并送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)， 當(dāng)A/D轉(zhuǎn)化完成后，觸發(fā)讀取數(shù)據(jù)中斷程序通知DSP讀取轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)，DSP主控 電路成功獲得轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)后進(jìn)行各種電力參數(shù)的計(jì)算任務(wù)。在此過(guò)程中，如果有 硬件中斷通信線程發(fā)生，它將搶占當(dāng)前的軟件中斷線程，接收外部的數(shù)據(jù)通信
DSP/BIOS將根據(jù)指定的周期執(zhí)行鍵盤(pán)掃描線程和液晶屏的更新顯示。
本監(jiān)測(cè)裝置的基本電路主要有電路DSP板、數(shù)據(jù)采集電路AD板，各自的 電路原理圖分別如圖5至15所示。在圖5至14構(gòu)成的主電路DSP板中，連接 AD板的通信接口 14通過(guò)J3與數(shù)據(jù)采集電路AD板的XJ2(連接DSP板的通信 接口 31)進(jìn)行電氣連接；連接AD板的電源接口 36通過(guò)J8與數(shù)據(jù)采集電路AD 板的XJ8 (連接DSP板的電源接口 35)進(jìn)行電氣連接；RS232通信接口 10由 集成件U3、貼片電容C7 C11、貼片極性電容CT4和接插片J10共同電氣連接 構(gòu)成；USB接口 11由接插件Jll、電解電容CT5和貼片電容C28共同電氣連接 構(gòu)成；RS485通信接口 12由集成件U4、貼片電容C12、貼片電阻R15、 R16和 接插件J12共同電氣連接構(gòu)成；異步串口通信電路13由兩片集成件U1和U2、 貼片電容C1 C6、貼片電阻R1 R14、無(wú)源晶振Y1、 Y2共同電氣連接構(gòu)成； 驅(qū)動(dòng)電路15由集成件U6、 U7和貼片電容C29 ~ C36、貼片電阻R59共同電氣 連接構(gòu)成；LCD接口 16由接插件J7、可變電阻VR1、貼片電阻R58和NPN三 極管Tl共同構(gòu)成電氣連接；I2C存儲(chǔ)電路17指集成芯片U17;實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 18集成芯片Ull; SRAM存儲(chǔ)電路19由兩個(gè)集成件U15和U16、貼片電容C54 ~ C57、貼片電阻R69-R74共同構(gòu)成電氣連接；DSP主電路20由集成件U5、貼 片電容C13 C27、貼片電阻R17-R39、拔碼開(kāi)關(guān)SW1和無(wú)源晶振Y3共同構(gòu) 成電氣連接；DSP JTAG接口 21由接插件Jl、貼片電阻R17 ~ R18共同構(gòu)成電 氣連接；FLASH存儲(chǔ)電路22指集成芯片U18;電源調(diào)整電路23由集成件U14、 貼片電容C52 C53、貼片極性電容CT7-CT11、貼片電阻R66 R68、發(fā)光二 極管LED1和穩(wěn)壓二極管LED2 ~ LED4共同構(gòu)成電氣連接；鍵盤(pán)接口 24由接插 件J5和貼片電阻R52 ~ R57共同構(gòu)成電氣連接；CPLD電路25由集成件U8 ~ UIO、貼片電容C37-C47、貼片極性電容CT6和有源晶振Y4共同構(gòu)成電氣連 接；PLL電路27由集成件U12、貼片電容C49 ~ C50和貼片電阻R60 ~ 63共同 構(gòu)成電氣連接；看門(mén)狗電路28由集成件U13、貼片電容C51和貼片電阻R64 R65共同構(gòu)成電氣連接；CPLD JTAG接口 29由接插件J2和貼片電阻R40 ~ R43 共同構(gòu)成電氣連接。
在圖15的數(shù)據(jù)采集電路AD板中，同步方波產(chǎn)生電路30由集成件XU1、 貼片電阻XR1和穩(wěn)壓二極管Dl共同構(gòu)成電氣連接；連接DSP板的通信接口 31 通過(guò)XJ2與DSP板的J3進(jìn)行電氣連接；電壓互感器32由電壓互感器A1 A3、 接口件XJ1共同電氣連接構(gòu)成；A/D轉(zhuǎn)換電路33由集成件XU2、 XU4、電容 XC1—XC2、 XC5 XC6、 XC9 XC15、 XC17 — XC118、有源晶振XT1共同電 氣連接構(gòu)成；電流互感器34由電流互感器A4 ~ A6共同電氣連接構(gòu)成；連接DSP 板的電源接口 35由接口件XJ6、 XJ8、電阻XR9、發(fā)光二極管D6共同電氣連接 構(gòu)成，其中XJ6與DSP板的J6進(jìn)行電氣連接，XJ8與DSP板的J8進(jìn)行電氣連 接；供電電源調(diào)整電路36由集成件XU5、保險(xiǎn)絲F1、有機(jī)膜介質(zhì)電容XCT1、 壓敏電阻RE1、電源變壓器TR1、整流橋D2、電解電容XC3、 XC8、貼片電解 電容XC5、 XC16、電容XC4、電阻XR2 XR8、整流二極管D3、 D5、穩(wěn)壓二 極管D4、 PNP三極管XU3、可調(diào)電阻XVR1、接口件XJ5、 XJ4共同連接構(gòu)成。
在制造過(guò)程中，用一般的機(jī)加工方法加工面板、外接線板和繪制數(shù)據(jù)采集 AD電路板、主電路DSP板。然后按圖1、圖2用接插件和排線連接好各電路板 或與儀器面板之間的接線端子。
按圖5至14所示繪制印刷主電路DSP板，并篩選電器元件，其中集成件 U1,U2選擇TL16C550異步串口控制芯片，U3、 U4可選用MAX3223ECAP和 MAX489ESD通信電平轉(zhuǎn)化芯片，U5可選用TMS320VC5402PGE微處理器， U6和U7可選用電平轉(zhuǎn)化驅(qū)動(dòng)芯片SN74LVTH16245和SN74LVTH16244， U8 為三輸入三與門(mén)集成芯片，U9為反向器，U10為CPLD邏輯控制芯片 EPM7128AETC100-lO,Ull為實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12887,U12為PLL芯片CD4046, U13為看門(mén)狗芯片MAX705， U14為電源調(diào)理芯片PS767D318, U15和U16都 為CY7C1021BV33-12ZC靜態(tài)存儲(chǔ)芯片，U17可選用AT24C512的I2C存儲(chǔ)芯片， U18為FLASH芯片M29W320ET。
按圖15所示繪制印刷數(shù)據(jù)采集電路板，并篩選電器元件，其中集成件A1、 A2和A3可選用電壓互感器ZMPT102,集成件A4、 A5和A6可選用電流互感 器ZMCT113,集成件XU1A， XU1B可選用集成運(yùn)算》文大器LM358,集成件 XU2和XU4可選用A/D轉(zhuǎn)化芯片MAX125,集成件XU3為三極管PNP8550, 集成件XU5為三端穩(wěn)、壓芯片LT1085;
按圖2、圖3所示，分別安裝好主電路DSP板和數(shù)據(jù)采集AD電路板并固 定后，按上面說(shuō)明書(shū)所述的連接關(guān)系進(jìn)行電氣連接，再將主電路DSP板的J8 口 和數(shù)據(jù)采集AD電路板的JP3 口進(jìn)行電氣連接，然后，通過(guò)加電和簡(jiǎn)單的調(diào)試， ^f更能較好地使用本電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)儀。
實(shí)施使用本監(jiān)測(cè)裝置時(shí)，應(yīng)預(yù)先把要監(jiān)測(cè)的三相電壓與儀器后面板對(duì)應(yīng)端 口 Ua、 Ub、 Uc和Un進(jìn)行電氣連接，三相電流信號(hào)與4義器后面板對(duì)應(yīng)端口+Ia、 -Ia、 +Ib、 -Ib、十Ic和-Ic進(jìn)行電氣連接；在本監(jiān)測(cè)裝置設(shè)置界面中，通過(guò)鍵盤(pán)的 操作及LCD液晶屏的顯示，把各相電氣參數(shù)輸入到微處理器。
其工作步驟為首先開(kāi)啟電源，電源指示燈亮。同時(shí)本監(jiān)測(cè)裝置自動(dòng)才艮據(jù) 默認(rèn)或已設(shè)定的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、諧波、電流和 電壓等參數(shù)的測(cè)量，同時(shí)進(jìn)行各種測(cè)量M的存儲(chǔ)和顯示。
當(dāng)儀器與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，儀器可通過(guò)串口與本地上位機(jī)進(jìn)行所求 的數(shù)據(jù)傳輸或通過(guò)GPRS通信模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，然后利用上位機(jī)軟件對(duì) 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的分析處理。
當(dāng)進(jìn)入測(cè)量查詢界面時(shí)，LCD液晶屏?xí)霈F(xiàn)各種監(jiān)測(cè)選擇菜單，選擇對(duì)應(yīng) 的菜單后按確認(rèn)鍵后進(jìn)入相應(yīng)的監(jiān)測(cè)界面查看，按取消鍵返回上級(jí)菜單，按菜 單鍵返回主菜單界面，利用增加鍵和減'j、鍵可以查看不同的監(jiān)測(cè)界面。
進(jìn)入數(shù)據(jù)管理界面后，可以對(duì)監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)存到U盤(pán)和清除所有監(jiān) 測(cè)數(shù)據(jù)的處理
當(dāng)進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面后，LCD液晶屏?xí)霈F(xiàn)各種參數(shù)設(shè)置菜單，可根據(jù)菜 單內(nèi)容設(shè)定各種具體的參數(shù)，利用確定鍵可使所選擇的參數(shù)有效，利用取消鍵 可取消設(shè)置并逐步返回上級(jí)菜單界面；利用菜單鍵可返回主菜單界面；而增加 鍵和減小鍵可分別逐步增大或減小所選參數(shù)，以滿足使用要求；
當(dāng)進(jìn)入設(shè)備信息界面后，可以查看儀器的相關(guān)信息。如設(shè)備號(hào)、軟件版本 和儀器自檢信息。
權(quán)利要求1. 一種電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)裝置，包括設(shè)置在機(jī)殼外側(cè)的液晶顯示屏、鍵盤(pán)陣列、電源接口、三相電壓采樣端口和三相電流采樣端口，上述元件與設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)的電路板連接，其特征是所述電路板的電路結(jié)構(gòu)主要包括電源模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP電路模塊和CPLD電路模塊，電源模塊與其它模塊連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP電路模塊和CPLD電路模塊依次連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)裝置，其特征是所述DSP電路 模塊包括DSP主電路、驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊、存儲(chǔ)模塊和實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，DSP 主電路、驅(qū)動(dòng)模塊、存儲(chǔ)模塊和實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路連接，驅(qū)動(dòng)模塊與通信模塊連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)裝置，其特征是所述驅(qū)動(dòng)模塊包 括驅(qū)動(dòng)電路、連接A/D轉(zhuǎn)換才莫塊的通信接口和連接液晶顯示屏的LCD接口，驅(qū) 動(dòng)電路與上述接口和通信模塊連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)裝置，其特征是所述通信模 塊包括異步串口通信電路、RS232通信接口、 RS485接口和USB接口，異步串 口通信電路與驅(qū)動(dòng)模塊、RS232通信接口、 RS485接口和USB接口連接，RS232 通信接口 、 RS485接口和USB接口設(shè)置在機(jī)殼外側(cè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)裝置，其特征是所述存儲(chǔ)^t塊包 括與DSP主電路連接的I2C存儲(chǔ)電路、SRAM存儲(chǔ)電路和FLASH存儲(chǔ)電路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)裝置，其特征是所述CPLD電路 模塊包括CPLD電路、鍵盤(pán)接口、 PLL電路和看門(mén)狗電路，CPLD電路與鍵盤(pán)接 口、 PLL電路和看門(mén)狗電路連接，鍵盤(pán)接口連接4建盤(pán)陣列。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)裝置，其特征是所述A/D轉(zhuǎn)換 模塊包括A/D轉(zhuǎn)換電路、電壓互感器、電流互感器、連接DSP電路才莫塊的通信 接口和同步方波產(chǎn)生電路，A/D轉(zhuǎn)換電路與電壓互感器、電流互感器、連接DSP 電路模塊的通信接口 ；連接DSP電路模塊的通信接口和同步方波產(chǎn)生電路連接， 電壓互感器連接三相電壓采樣端口 ，電流互感器連接三相電流采樣端口 。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)裝置，其特征是所述電源;漢塊包 括與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接的供電電源調(diào)整電路、與DSP電路才莫塊連接的電源調(diào)整 電路，上述調(diào)整電路依次與電源接口連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)裝置，其特征是所述電路結(jié)構(gòu)分 成兩塊電路板印刷，DSP電路才莫塊、CPLD電路模塊和電源調(diào)整電路印刷在主電 路DSP板上，A/D轉(zhuǎn)換模塊和供電電源調(diào)整電路印刷在數(shù)據(jù)采集AD板上，主 電路DSP板和數(shù)據(jù)采集AD板通過(guò)電源接口及通信接口連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)裝置，其特征是DSP電路模塊 和CPLD電路模塊分別設(shè)有JTAG接口 。
專利摘要本實(shí)用新型設(shè)計(jì)電力設(shè)備的監(jiān)測(cè)裝置，其目的在于提供一個(gè)基于DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)和CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)的電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)裝置，克服和解決現(xiàn)有的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置通用性差、檢測(cè)時(shí)間慢等缺陷。其結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在機(jī)殼外側(cè)的液晶顯示屏、鍵盤(pán)陣列、電源接口、三相電壓采樣端口和三相電流采樣端口，上述元件與設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)的電路板連接，所述電路板的電路結(jié)構(gòu)主要包括電源模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP電路模塊和CPLD電路模塊，電源模塊與其它模塊連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP電路模塊和CPLD電路模塊依次連接。
文檔編號(hào)G08C19/00GK201203652SQ200820050599
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者濤 余, 房宇雄, 歐陽(yáng)森 申請(qǐng)人:廣東集明電力工程有限公司