專(zhuān)利名稱(chēng)：交流數(shù)字電壓表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種交流數(shù)字電壓表，尤其是一種具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和諧波分析功能的交流數(shù)字電壓表。
背景技術(shù)：
目前市場(chǎng)上的數(shù)字化電壓表主要采用模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，然后輸送到處理單元(CPU)，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析后輸出到數(shù)碼管，有的同時(shí)輸送到通信端口， 將數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)或其他控制系統(tǒng)。這種形式的數(shù)字化電壓表有一定的缺點(diǎn)1)測(cè)量的數(shù)據(jù)不能在本機(jī)存儲(chǔ)和重現(xiàn)，和指針式電壓表一樣，只是顯示瞬時(shí)值，當(dāng)需要了解以前某段時(shí)間的電壓值狀況時(shí)，沒(méi)有可供查詢的數(shù)據(jù)；2)不能提供所測(cè)電壓的質(zhì)量特征，例如諧波分量，國(guó)家有關(guān)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電壓中諧波分量的極限值，但是一般用電場(chǎng)合又沒(méi)有相應(yīng)的技術(shù)手段和設(shè)備，不能做到隨時(shí)觀察和記錄，而使用專(zhuān)用儀器進(jìn)行測(cè)量，接線復(fù)雜，需要專(zhuān)業(yè)人員操作，測(cè)量的數(shù)據(jù)還需要專(zhuān)門(mén)的軟件來(lái)分析，因此測(cè)量成本很高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和諧波分析功能的交流數(shù)字電壓表。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是一種交流數(shù)字電壓表，其關(guān)鍵技術(shù)在于其包括鍵盤(pán)、分壓采樣電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1、裝有傅里葉級(jí)數(shù)分解軟件的中央處理器U2、LCD顯示器、通訊模塊以及可編程存儲(chǔ)器U3 ；所述分壓采樣電路的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的相應(yīng)輸入端連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul與中央處理器U2雙向連接，中央處理器U2的輸出端與LCD顯示器的相應(yīng)輸入端連接，所述中央處理器U2通過(guò)數(shù)據(jù)總線與可編程存儲(chǔ)器U3連接；所述分壓采樣電路由A相、B相和C相三相相同的電路組成，其中A相包括電阻RU R2、R3、R4和電容Cl、C2，所述A相的VA、VN端分別依次經(jīng)電阻Rl和R2、R3和 R4接模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的3腳、4腳，所述電容Cl接在模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的3腳與地之間，所述電容C2接在模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的4腳與地之間。上述中央處理器U2的型號(hào)為STM32F103RET6 ；所述可編程存儲(chǔ)器U3的型號(hào)為 AT45DB081DSV。上述模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul采用三相電能計(jì)量芯片，其型號(hào)為ATT7022D。上述通訊模塊型號(hào)為RSM485 ；所述LCD顯示器的型號(hào)為HG12864-15AF。上述中央處理器U2的36腳接可編程存儲(chǔ)器的1腳，所述中央處理器U2的34腳接可編程存儲(chǔ)器U3的2腳，所述中央處理器U2的33腳接可編程存儲(chǔ)器U3的4腳，所述中央處理器U2的35腳接可編程存儲(chǔ)器U3的8腳。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置的可編程存儲(chǔ)器可以將電壓以及諧波電壓的歷史數(shù)據(jù)保存365天，當(dāng)多于365天時(shí)的數(shù)據(jù)自動(dòng)溢出，這樣就可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)取電壓的歷史數(shù)據(jù)，LCD顯示器可以同步顯示電壓的波形以及諧波電壓的柱狀圖，以便查詢電能質(zhì)量狀況；中央處理器內(nèi)安裝有傅里葉級(jí)數(shù)分解軟件，可以求出信號(hào)中的諧波分量，以便查看電壓質(zhì)量；本實(shí)用新型不必像以前那樣依靠后臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，使用非常方便。

圖1是本實(shí)用新型的硬件連接框圖；圖2是本實(shí)用新型的電路原理圖；圖3是本實(shí)用新型的軟件流程框圖圖4是電壓歷史記錄圖；圖5是電壓諧波柱狀圖；圖6是圖2中A部的放大圖；圖7是圖2中B部的放大圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。參見(jiàn)附圖1、附圖2、附圖3、附圖6和7，本實(shí)用新型包括鍵盤(pán)、分壓采樣電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、裝有傅里葉級(jí)數(shù)分解軟件(FFT)的中央處理器U2、LCD顯示器、通訊模塊以及可編程存儲(chǔ)器U3 ；所述分壓采樣電路的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)輸入端連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul與中央處理器U2雙向連接，中央處理器U2的輸出端與IXD顯示器的相應(yīng)輸入端連接，所述中央處理器U2通過(guò)數(shù)據(jù)總線與可編程存儲(chǔ)器U3連接；所述分壓采樣電路由A相、 B相和C相三相相同的電路組成，其中A相包括電阻Rl、R2、R3、R4和電容Cl、C2，所述A相的VA、VN端分別依次經(jīng)電阻Rl和R2、R3和R4接模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的3腳、4腳，所述電容Cl 接在模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的3腳與地之間，所述電容C2接在模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的4腳與地之間。B 相和C相的電路結(jié)構(gòu)與A相一樣，只是電器元件的標(biāo)號(hào)不一樣，信號(hào)都是差分輸入。其中， 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的外圍電路中設(shè)有直流偏置電路，如A相中的電阻R5、電阻R6。其中，圖中所述中央處理器U2的型號(hào)為STM32F103RET6 ；所述可編程存儲(chǔ)器U3的型號(hào)為AT45DB081DSV。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul采用三相電能計(jì)量芯片，其型號(hào)為ATT7022D。所述通訊模塊型號(hào)為RSM485 ；所述IXD顯示器的型號(hào)為HG12864-15AF所述中央處理器U2的36腳接可編程存儲(chǔ)器U3的1腳，所述中央處理器U2的34 腳接可編程存儲(chǔ)器U3的2腳，所述中央處理器U2的33腳接可編程存儲(chǔ)器U3的4腳，所述中央處理器U2的35腳接可編程存儲(chǔ)器U3的8腳。參見(jiàn)附圖2，三相采樣電壓Ua、Ub、Uc信號(hào)分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul采用六通道雙極輸入19位A/D轉(zhuǎn)換器ATT7022D芯片，其將電壓的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后送至中央處理器U2進(jìn)行計(jì)算處理。中央處理器U2外接有實(shí)時(shí)時(shí)鐘集成電路、RSM485通訊模塊和外鍵接口。中央處理器U2的數(shù)字信號(hào)輸出端與IXD顯示器連接。中央處理器U2和可編程存儲(chǔ)器U3之間經(jīng)過(guò)SPI連接，中央處理器U2通過(guò)FFT軟件實(shí)時(shí)分析計(jì)算，得出基波和2 25次諧波的幅值。中央處理器Ul —方面通過(guò)鎖存器將計(jì)量參數(shù)保存在可編程存儲(chǔ)器U3中，其存儲(chǔ)有電壓及相關(guān)諧波電壓值；另一方面將各計(jì)量參數(shù)輸出至IXD顯示器(128*64)，通過(guò)顯示屏進(jìn)行顯示，當(dāng)外部有數(shù)據(jù)傳輸要求時(shí)，向485通訊模塊傳輸數(shù)據(jù)，即通過(guò)RSM485通訊模塊和PC機(jī)相連，可以對(duì)電壓表進(jìn)行相關(guān)設(shè)置和數(shù)據(jù)傳輸， 計(jì)量數(shù)據(jù)傳送至PC機(jī)上，由PC機(jī)管理軟件進(jìn)行管理。RSM485接口最多可連接128塊電壓表，通信距離達(dá)1.5公里。參見(jiàn)附圖4，工作時(shí)，電壓值歷史數(shù)據(jù)的表述方式采用圖形方式，縱軸為電壓有效值，按伏特(V)或者千伏(kV)的幅值刻度，橫軸為24小時(shí)的時(shí)間刻度，電壓值根據(jù)幅值和時(shí)間進(jìn)行整點(diǎn)定時(shí)記錄。在第24小時(shí)結(jié)束時(shí)，將24小時(shí)記錄的數(shù)據(jù)存入可編程存儲(chǔ)器U3。 當(dāng)需要查看以前某一天的電壓歷史數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)歷史數(shù)據(jù)查詢功能，通過(guò)機(jī)內(nèi)的萬(wàn)年歷確認(rèn)日期，該天的數(shù)據(jù)即顯示在屏幕上。調(diào)取歷史數(shù)據(jù)時(shí)，并不影響儀表的正常測(cè)量和記錄。 歷史數(shù)據(jù)共存儲(chǔ)365天，采取循環(huán)存儲(chǔ)的方式，即存儲(chǔ)滿365天后，最近24小時(shí)數(shù)據(jù)存入時(shí)，覆蓋第一個(gè)24小時(shí)的數(shù)據(jù)。參見(jiàn)附圖5，在對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進(jìn)行基波計(jì)量的同時(shí)，由中央處理器對(duì)RMS 值進(jìn)行快速傅里葉級(jí)數(shù)(FFT)變換，求出信號(hào)中的諧波分量，本實(shí)用新型可以對(duì)2 25次諧波進(jìn)行全頻譜分析，即對(duì)奇數(shù)次和偶數(shù)次諧波均進(jìn)行諧波分析。2 25次諧波值以柱狀圖的形式在液晶屏上顯示，縱軸按百分?jǐn)?shù)表示諧波的含量，橫軸表示2-25次諧波次數(shù)，諧波的含量以柱狀圖的形式表示(HR%)，顯示屏上同時(shí)顯示基波電壓值(V，kV)，以及分析區(qū)間(2-25)的總的諧波畸變率(THDv%)。數(shù)據(jù)的采樣頻率為3. 2K/秒，當(dāng)24小時(shí)結(jié)束時(shí)， 儀表計(jì)算出24小時(shí)內(nèi)3相中各次諧波的95%概率大值，最小值和平均值，存入可編程存儲(chǔ)器U3。當(dāng)需要查看以前某一天的諧波數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)歷史數(shù)據(jù)查詢功能，通過(guò)機(jī)內(nèi)的萬(wàn)年歷確認(rèn)日期，該天的各種數(shù)據(jù)即顯示在屏幕上。調(diào)取歷史數(shù)據(jù)時(shí)，并不影響儀表的正常測(cè)量和記錄。歷史數(shù)據(jù)共存儲(chǔ)365天，采取循環(huán)存儲(chǔ)的方式，即存儲(chǔ)滿365天后，最近24小時(shí)數(shù)據(jù)存入時(shí)，覆蓋第一個(gè)24小時(shí)的數(shù)據(jù)。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求1.一種交流數(shù)字電壓表，其特征在于其包括鍵盤(pán)、分壓采樣電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1、裝有傅里葉級(jí)數(shù)分解軟件的中央處理器U2、LCD顯示器、通訊模塊以及可編程存儲(chǔ)器U3 ；所述分壓采樣電路的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的相應(yīng)輸入端連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul與中央處理器U2雙向連接，中央處理器U2的輸出端與IXD顯示器的相應(yīng)輸入端連接，所述中央處理器U2通過(guò)數(shù)據(jù)總線與可編程存儲(chǔ)器U3連接；所述分壓采樣電路由A相、B相和C相三相相同的電路組成，其中A相包括電阻Rl、R2、R3、R4和電容Cl、C2，所述A相的VA、VN端分別依次經(jīng)電阻Rl和R2、R3和R4接模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的3腳、4腳，所述電容Cl接在模數(shù)轉(zhuǎn)換器 Ul的3腳與地之間，所述電容C2接在模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的4腳與地之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流數(shù)字電壓表，其特征在于所述中央處理器U2的型號(hào)為 STM32F103RET6 ；所述可編程存儲(chǔ)器的型號(hào)為AT45DB081DSV。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流數(shù)字電壓表，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul采用三相電能計(jì)量芯片，其型號(hào)為ATT7022D。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流數(shù)字電壓表，其特征在于所述通訊模塊型號(hào)為RSM485； 所述LCD顯示器的型號(hào)為HG12864-15AF。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流數(shù)字電壓表，其特征在于所述中央處理器U2的36腳接可編程存儲(chǔ)器的1腳，所述中央處理器U2的34腳接可編程存儲(chǔ)器U3的2腳，所述中央處理器U2的33腳接可編程存儲(chǔ)器U3的4腳，所述中央處理器U2的35腳接可編程存儲(chǔ)器 U3的8腳。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種交流數(shù)字電壓表，其包括:鍵盤(pán)、分壓采樣電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、裝有傅里葉級(jí)數(shù)分解軟件的中央處理器、LCD顯示器、通訊模塊以及可編程存儲(chǔ)器；分壓采樣電路的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與中央處理器雙向連接，中央處理器的輸出端與LCD顯示器的相應(yīng)輸入端連接，中央處理器通過(guò)數(shù)據(jù)總線與可編程存儲(chǔ)器連接；分壓采樣電路由A相、B相和C相三相相同的電路組成，其中A相包括電阻R1、R2、R3、R4和電容C1、C2。本實(shí)用新型設(shè)有可編程存儲(chǔ)器以及裝有FFT軟件的中央處理器，從而具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和諧波分析功能，這樣就可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)取電壓以及諧波分量的歷史數(shù)據(jù)，以便查詢電能質(zhì)量的狀況，使用非常方便。
文檔編號(hào)G01R19/25GK202256481SQ20112034654
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者賈保軍 申請(qǐng)人:賈保軍