电网谐波监测信号采集模块的实现

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次 循环 计算 第三 层 循 环 由于 第 L 级 共 有 N ／2 L 个 群 并 且 同 级 内不 同群 的 乘数分布相 同 当第 二 层 循 环 确定 某 乘数 后 第 三 层 循 环 要将本级 中每 个群 中具 有 这 乘数 的 蝶 形 计 算 次 即 第 三 层 循 环 每 执 行完 次 要进 行 N ／2 L 个碟 形计 算
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信 号 采集 模 块 的 实 现
李小强
保 定 供 电公 司
0 7 10 5 1
3
谐 波 参 数计算 部 分
FFT
，
处理 换
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广泛 应 用 干 离散信 号 的数字 信号 它完成时域 信号到频域 信号的 转
3 1 F F T 算法 的 基 本 思 想
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造 成 很 大 的 计算误差
为 了使采 样频 率 跟 上输 入 信 号 频率 的 变化 C P U 必 须 清 楚
，
一
压 控 振 荡 器 的 输 出 经 过 分频 器 分 频
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是 用 3 层 循 环 完成 全 部 运 算 (N 点 F F T ) 第 层 循 环 ： 由于 N 2 m 需 要 m 级 计 算 第 层 循 环对 运 算 的 级 数 进 行控 制 第 二 层 循 环 由于 第 L 级 有 2 L 1 个 蝶 形 因子 ( 乘 数 ) 第 二 层 循 环 根 据 乘数 进行控 制 保 证 对 于 每 个 蝶形 因子 第 三 层 循 环 要执 行 次 这 样 第 三 层 循 环 在 第二 层循环 控制 下 每 级 要 进 行 2 L 1
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但 是 大 大 减 少 了软 件 的 工 作 量
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一
用 了 硬 件锁 相 技 术 实 现 了 同 步 采 集
2 1
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软 件 实现 部分 为 了能 够在信号 的
，
一
个 周 期 中采 到 固
定 的 点数
D 其A／
转 换 主 要 由中断 0 的下
一
降沿 触 发 环 电 路提供 这 样保 证 了 个 周 期 内采 6 4 个 点 数据 采 样值 的 读 取 在每 路转 换 后进 行 存往 不 同 的 数 组 中 以 便 以 后调 用 转 换 巾断 的 处 理 过 程 如 图 l 所 示 2 2 锁 相 坏 硬什 跟 踪实现部 分 由于 在 交 流采 样 中 交 流 电 力 参数 的 频 率并 不 是 固 定 不 变 的 电 力 系 统 的 频率 5 0 5 H 圳 如果 正 常 波动范 围 是 4 9 5 H z 按 照 5 0 H z 工 频计 算 电压 和 电流 的 有效 值 则不 能 保 证 采样 的 N 点 住 个周期 内 会
维普资讯
可 以保 证
一
大 部分 的计算 量 由硬 件 电路 实
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电阚 谐 波 篮 测
现 减 少 了 C P U 的 运 算 量 提 高 了 实时性 图 3 是 利 用 锁相 器 件 C D 4 0 4 6 和分频 器 件
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CD4 040
构成的锁相 环 路
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中断 0 的 外 部信 号 由硬 件 锁相
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并 且 可 靠性 和 误 差 特 性 都 要 比 前 者 好 由于要 在 个 基 频 周 期 内采 样 6 4 点 所 以 采样 信号 的 频 率要 是 基 频 的 6 4 倍 本 系 统 的 硬 件锁 相 环 路 为 图 3 所 示 其 工 作 原 理 就是 把输 入 的 工 频信 号 经 过 滤 波 再 通 过过 零 比较 器 整 形 为方 波 信 号后 输 入 C D 4 0 4 6 通 过 C D 4 0 4 6 分 频然 后 把 锁 定 后 的倍 频 信号 输 入 C P U 的 中断 利 用 下 降沿 方 式触发 中断 在 中断 中对 输 入 的模 拟 量进 行 A D 转换 这 样保证 了在 个 变化周波 采 2 N 个 点 提高 了采 样 的 精 度
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一
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图1
D A／
信号 采 集 中断流 程 图
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一
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图2
锁相 环 原 理
图3
硬 件频 率跟 踪 电路
维普资讯 。每一2I 点 F F T 运 算 可 以分 成 L O G N 2 级 【 2 级 都 有 N ／ 个碟 形 F F T 的 基 本 思 想
N
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当 前输 入 信 号 频率 的 变化 情 况
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因而
，
在
每 次 交流 采 样时要 实 时 监测 输 入 信 号的频 率 变 化 情 况 并 对所 测 的 频率 进 行 实时 跟 踪 确 保 采 样 频 率 与 信号 频 率 同步 硬 什 同 步 的 基 本原 理 是 ： 锁相 环 路 中
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：
一
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一
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一
一
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一
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2
信 号 采 集 部分
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采 样法 相 比
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虽 然 这 种 方 法 确 实增 加 了 硬
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点F FT
本 文 信 号 采 集部分在 软 件 方面采 用 算 法 分 析谐 波成 分 ； 其 难 点 在 于 电 网 的 电压 和 电 流 信号 的 实时 采 集 本 文 采
，
件开 销
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1
引言
采 集 模块 共 有 两 个任 务 ： ( I ) 信 号
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采集
通 过 L P C 2 1 3 8 的 内部 A ／D 采 集 电 娴 的 电 压 电流 信 号 ； (2 ) 谐 波 参 数 计算 利 用 F F T 算 法 对 A ／D 转 换 出来 的
，
，
变成 种接 近 输 入 同 步 基 频的参 考脉 冲 用 锁 相 环 路 来控 制 采 样 的 定时 和 速率 以 达 到 同 步 采 样 的 目 的 原 理 如 图 2 所 示 在相 位 比较 器 的输 入 端 直 接 跟 输 入 同 步 信号 进 行 比 较 相 位 比较 器 的输 出是 比 例 丁参数 信 号 和 输 入 同 步 信号之 间 的 相 位 差 的直流 分 量 用 于控 制 压 控 振 荡 器 的 振 荡 频率
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一
=
一
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：
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一
—
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数据 进 行 处 理 析
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从 而 得 到 各相 电 网 谐 波 分
当达 到锁相 状态 时 即 可 实 现 同 步 采 样 其 优 点 在 于 微 处 理 器 摆 脱 了 对 同步 采 样 的 干 扰 且 能 实时 地 跟 踪 采 样 跟 软 件 同 步