專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多路三相交流電采樣系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三相交流電釆樣系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，主要是一種 可對(duì)多路三相交流電進(jìn)行高精度釆樣的系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。
技術(shù)背景目前針對(duì)三相交流電的釆樣系統(tǒng)通常包括模擬信號(hào)調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和主控電路(CPU)。模擬信號(hào)調(diào)理電路通常采用共地的方式進(jìn)行傳輸和采集，抗共模干擾能力較差。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路通常采用 獨(dú)立的單路或多路并行輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，多路模擬量固定的輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，采樣通道數(shù)量受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)限制難以擴(kuò)展；若要增加測(cè) 量通道數(shù)，就必須增加相應(yīng)數(shù)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，系統(tǒng)的復(fù)雜程度和 成本將成倍增加。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片不具有計(jì)算和精度校正功能；由主控 CPU讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并計(jì)算有關(guān)參數(shù)，增加了主控CPU的任務(wù)負(fù)擔(dān)， 并且難以達(dá)到較高的測(cè)量精度；若要提高測(cè)量精度，則主控CPU的 計(jì)算量將大大增加。故目前所常用的三相交流電的采樣系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)方 法需要進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于改進(jìn)目前傳統(tǒng)采樣方法的不足，提供一種支持 多通道并可靈活擴(kuò)展、高測(cè)量精度、高穩(wěn)定性的低成本三相交流電采樣系統(tǒng)解決方案。
本發(fā)明的技術(shù)方案一種多路三相交流電采樣系統(tǒng)，包括主CPU、測(cè)量CPU、多通 道選擇開(kāi)關(guān)組和模擬信號(hào)調(diào)理電路。主CPU:控制整個(gè)采樣系統(tǒng)的工作流程，包括采樣系統(tǒng)初始化 控制、通道切換控制、通道精度校正控制和計(jì)算結(jié)果處理控制等；測(cè)量CPU:負(fù)責(zé)模數(shù)轉(zhuǎn)換和測(cè)量結(jié)果計(jì)算，包括獲取通道精度 參數(shù)、模數(shù)轉(zhuǎn)換和模擬量參數(shù)計(jì)算等；3組多通道選擇開(kāi)關(guān)從N路輸入的交流電信號(hào)中選擇1路輸出至測(cè)量CPU， 3組多通道選擇開(kāi)關(guān)分別控制A、 B、 C三相交流電信號(hào)。模擬信號(hào)調(diào)理模塊多路三相電壓、電流分別通過(guò)由電壓互感器和電流互感器組成的幅值比例縮放電路，變換為適合模數(shù)轉(zhuǎn)換幅值要 求的交流模擬信號(hào)，并經(jīng)過(guò)濾波后調(diào)理為差分信號(hào)向多通道選擇開(kāi)關(guān) 輸出。所述主CPU通過(guò)高速串行通訊接口與測(cè)量CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；所述測(cè)量CPU對(duì)并行輸入的三相電壓和電流信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 和相關(guān)參數(shù)計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果向主CPU發(fā)送。所述3組多通道選擇開(kāi)關(guān)電路中，調(diào)理后的模擬信號(hào)按照N路 *3相的方式分組輸入至3組多通道選擇開(kāi)關(guān)，每組多通道選擇開(kāi)關(guān) 為N選1工作模式，其輸出分別為三相交流電的A、 B、 C三相，多 通道選擇開(kāi)關(guān)的選擇策略由主CPU統(tǒng)一控制。一種多路三相交流電采樣方法，其采樣過(guò)程步驟1) 、模擬信號(hào)調(diào)理將多路高電壓、大電流的三相交流電并行調(diào) 理為適合模數(shù)轉(zhuǎn)換幅值要求的交流模擬信號(hào)，并將多路模擬信號(hào)輸入 至多通道選擇開(kāi)關(guān)；2) 、通道選擇多個(gè)多通道選擇開(kāi)關(guān)分別從各自輸入的多路信號(hào) 中選擇某一路信號(hào)同時(shí)向測(cè)量CPU輸出，其通道選擇策略由主CPU 控制；3) 、模擬量測(cè)量測(cè)量CPU從多個(gè)多通道選擇開(kāi)關(guān)同時(shí)獲得多 個(gè)并行的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，并按照校正參數(shù)計(jì)算當(dāng)前輸入的三相交 流電的特征參數(shù)；4) 、計(jì)算結(jié)果處理主CPU以串行通訊方式從測(cè)量CPU中獲得三相交流電的特征參數(shù)。所述多路三相交流電釆樣過(guò)程，在模擬信號(hào)調(diào)理步驟中，所有交流電信號(hào)同時(shí)進(jìn)行調(diào)理處理；在通道選擇步驟中，由主CPU控制3組N選1多通道選擇開(kāi)關(guān)，順序選通N個(gè)通道向測(cè)量CPU輸出；在模擬量測(cè)量步驟中，測(cè)量CPU通過(guò)高速串行接口從主CPU獲 得當(dāng)前通道的校正參數(shù)，同時(shí)對(duì)輸入的三相交流模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn) 換，然后計(jì)算三相交流電的特征參數(shù)；在計(jì)算結(jié)果處理步驟中，主CPU以串行通訊方式從測(cè)量CPU中 獲得當(dāng)前通道三相交流電的特征參數(shù)。本發(fā)明中輸入至測(cè)量CPU的模擬信號(hào)采用差分信號(hào)的形式，對(duì) 于共模干擾具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能夠提高系統(tǒng)的采樣精度和穩(wěn)定度。本發(fā)明的特點(diǎn)本發(fā)明為需要分別測(cè)量多路三相交流電的場(chǎng)合提供一種抗干擾 能力強(qiáng)、測(cè)量精度高、可控線路多的交流電采樣系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)方法。


圖1為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例的采樣處理程序流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明實(shí)施實(shí)例一種用于N路三相交流電的采樣系統(tǒng)，由主CPU、測(cè)量CPU、 多通道選擇開(kāi)關(guān)組和信號(hào)調(diào)理電路組成，如圖1所示。系統(tǒng)采樣過(guò)程包括模擬信號(hào)調(diào)理步驟采用多組電壓互感器、電流互感器和濾波電 路，將多路高電壓、大電流的三相交流電并行調(diào)理為適合模數(shù)轉(zhuǎn)換幅 值要求的交流模擬信號(hào)，并將多路模擬信號(hào)輸入至多通道選擇開(kāi)關(guān)。 具體包括① 由多路電壓互感器和電流互感器組成信號(hào)幅值比例縮放電路， 將所有輸入的高電壓、大電流的三相交流電并行調(diào)理為適合模數(shù)轉(zhuǎn)幅 值要求的交流模擬信號(hào)；② 低通濾波電路，濾除與系統(tǒng)無(wú)關(guān)的高頻模擬信號(hào)；③ 差分信號(hào)傳輸電路，將濾波后的模擬電路輸入至多通道選擇開(kāi)關(guān)。通道選擇步驟采用3個(gè)N選1多通道選擇開(kāi)關(guān)，分別從各自輸 入的N路交流信號(hào)中選擇同一路信號(hào)同時(shí)向模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出，其通 道選擇策略由主CPU控制。如圖2所示，通道選擇流程包括① 主CPU控制多通道選擇開(kāi)關(guān)組選擇第n路三相交流電流信號(hào)；② 主CPU控制測(cè)量CPU啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，并獲取計(jì)算結(jié)果；③ 切換至下一通道，轉(zhuǎn)至步驟①。模擬量測(cè)量步驟測(cè)量CPU選用集成數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)內(nèi)核和六路二階Sigma-delta ADC的專(zhuān)用交流電量測(cè)量芯片。測(cè)量CPU 從3組多通道選擇開(kāi)關(guān)同時(shí)獲得三相交流電流信號(hào)和三相交流電壓 信號(hào)，并按照校正參數(shù)計(jì)算當(dāng)前輸入的三相交流電的特征參數(shù)。如圖 2所示，模擬量測(cè)量流程包括① 主CPU通過(guò)高速串行通訊接口向測(cè)量CPU發(fā)送第n路信號(hào)的校 正參數(shù)；② 測(cè)量CPU對(duì)輸入的三相電壓、電流量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并計(jì)算相 關(guān)參數(shù)；③ 測(cè)量CPU通過(guò)高速串行通訊接口向主CPU發(fā)送第n路信號(hào)的采 樣計(jì)算結(jié)果；④ 準(zhǔn)備切換至下一通道，轉(zhuǎn)至步驟①。計(jì)算結(jié)果處理步驟主CPU選用性價(jià)比較高的16位單片機(jī)。主 CPU以串行通訊方式從測(cè)量CPU中獲得三相交流電的特征參數(shù)，存入 片內(nèi)緩沖片，等待下一步處理。
在圖2中，主CPU在接收到第n通道的相關(guān)參數(shù)后，對(duì)該參數(shù)進(jìn) 行下一步處理，同時(shí)控制多通道選擇開(kāi)關(guān)組切換到下一通道，即第 n+l通道；如果第n通道己經(jīng)是最后一個(gè)通道，那么就切換至第一通道。
權(quán)利要求
1、一種多路三相交流電采樣系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)包括主CPU、測(cè)量CPU、多通道選擇開(kāi)關(guān)組和模擬信號(hào)調(diào)理電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多路三相交流電采樣系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，本發(fā)明采樣系統(tǒng)包括主CPU、測(cè)量CPU、多通道選擇開(kāi)關(guān)和模擬量調(diào)理電路。多路三相交流電經(jīng)由模擬量調(diào)理電路并行調(diào)理為差分形式的多路模擬信號(hào)，該多路信號(hào)通過(guò)多通道選擇開(kāi)關(guān)循環(huán)順序送入測(cè)量CPU，測(cè)量CPU計(jì)算輸入信號(hào)的交流參數(shù)，并通過(guò)高速串行通訊接口向主CPU發(fā)送計(jì)算結(jié)果。由主CPU負(fù)責(zé)多通道選擇開(kāi)關(guān)的切換、測(cè)量CPU的啟動(dòng)與校正以及測(cè)量結(jié)果的處理。本發(fā)明為需要分別測(cè)量多路三相交流電的場(chǎng)合提供一種抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高、可控線路多的交流電采樣系統(tǒng)和方法。
文檔編號(hào)G01R19/00GK101153879SQ20061012239
公開(kāi)日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2006年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月25日
發(fā)明者磊 周, 唐建設(shè), 濤 張, 歐宏勇 申請(qǐng)人:廣州長(zhǎng)正電子技術(shù)有限公司