專利名稱：一種三相電參數采集裝置及對三相電信號分析處理的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種數據采集裝置及數據處理方法，具體地說是一種三相電參數采集裝置及對三相電信號分析處理的方法。
背景技術：
三相多功能電能表是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設計的，它能測量所有的常用電力參數，如三相電流、電壓，有功、無功功率，電度、諧波
坐寸o
隨著電子技術的飛速發(fā)展，電能表的集成度越來越高?，F在的三相多功能電表主要是采用電能計量芯片加微控制器結構，這種方案所有的電參數都是由電能計量芯片自行分析，雖然降低了對微控制器處理數據的要求，但是計算的電參數種類，完全取決于電能計量芯片的功能，往往不能全面的分析電參數，更不具備諧波分析功能，同時受A/D位數和A/D采樣和轉換時間的限制，測量精度不高，應用不靈活。

發(fā)明內容
針對上述不足，本發(fā)明提供了一種三相電參數采集裝置及對三相電信號分析處理的方法，其根據采集的信號能夠直接計算出各種電參數，不但計算的電參數種類豐富，而且具備諧波分析功能。為了解決上述存在的技術問題，本發(fā)明采用下述技術方案一種三相電參數采集裝置，其特征是，包括信號采集單元、信號調理電路、模數轉換模塊、主控單元、存儲單元和通信單元，所述信號采集單元、信號調理電路和模數轉換模塊依次連接，所述主控單元分別與模數轉換模塊、存儲單元和通信單元連接；其中，信號采集單元用以采集三相電的信號并發(fā)送給信號調理電路，所述信號調理電路對采集的三相電信號進行初步調理處理，并將初步調理處理后的三相電信號發(fā)送給數模轉換模塊，所述數模轉換模塊將采集到的三相電的模擬信號轉換為數字信號并將三相電的數字信號發(fā)送給主控單元，所述主控單元對接收到的三相電信號進行分析處理，計算各種電參數，并將分析處理后的三相電參數通過通信單元發(fā)送給上位機，同時將數據存儲到存儲單元。上述三相電參數采集裝置中，所述信號采集單元包括電壓互感器和電流互感器。上述三相電參數采集裝置中，所述主控單元包括微控制器以及分別與之連接SPI接口、RS485 接口和 IIC 接口。上述三相電參數采集裝置中，所述存儲單元包括EEPROM存儲器。上述三相電參數采集裝置中，所述模數轉換模塊包括16位6通道同步采樣模數轉換芯片。一種對三相電信號進行分析處理的方法，其特征是，包括以下過程系統(tǒng)初始化；對采樣數據進行處理，計算三相電參數；
上傳三相電參數數據；數據存儲。上述對三相電進行分析處理的方法中，還包括采樣中斷過程，所述采樣中斷過程包括以下過程判斷是否到達一個采樣周期，如果是，則計算三相電參數，然后結束采樣中斷過程；如果不是，則直接結束采樣中斷過程。上述對三相電進行分析處理的方法中，還包括通信中斷過程，所述通信中斷過程包括以下過程是否中斷指令，如果沒有，則結束通信中斷過程；如果有中斷指令，則根據指令進行相關操作，如果是設置參數指令，則對模塊參數進行設置，如果是讀取數據指令，貝IJ返回采集的三相電參數。上述對三相電進行分析處理的方法中，還包括定時中斷過程，所述定時中斷過程包括以下過程是否進行定時中斷，如果是，則對累加數據進行累加，并將最新的累加數據 存儲到存儲單元，然后結束定時中斷過程；如果否，則直接結束定時中斷過程。上述對三相電進行分析處理的方法中，所述數據處理過程包括以下過程采集多個周期的三相電壓、電流瞬時值；通過數字積分公式計算三相相電壓、線電壓，三相相電壓平均值，三相線電壓平均值，三相不平衡電壓，三相電壓不平衡度，三相電流值，三相不平衡電流，三項電流不平衡度，周波，功率因素，三相有功功率，三相無功功率和三相視在功率等電參數； 通過功率值和累積的時間計算出正向有功總電能，反向有功總電能，正向無功總電能，反向無功總電能；對電壓、電流瞬時值做傅里葉變換，將時域信號轉換到頻域分析三相電壓各次諧波及總畸變率，三相電流各次諧波及總畸變率等。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明采用了 A/D轉換芯片加微處理器，微處理器根據采集的信號能夠直接計算出各種電參數，不但計算的電參數種類豐富，而且具備諧波分析功能。本發(fā)明能夠進行復雜的數據處理，不僅完成更多的電參數測量，且測量精度高，而且裝置體積小、設置簡便。


圖I是本發(fā)明的原理框圖；圖2是本發(fā)明所述微控制器的電原理圖；圖3是本發(fā)明所述信號采集單元、信號調理電路和數模轉換模塊的電原理圖；圖4是本發(fā)明所述存儲單元的電原理圖；圖5是本發(fā)明所述通信單的元電原理圖；圖6是本發(fā)明的方法流程圖；圖7是本發(fā)明所述采樣中斷過程的流程圖；圖8是本發(fā)明所述通信中斷過程的流程圖；圖9是本發(fā)明所述定時中斷過程的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述
如圖I至圖5所示，本發(fā)明的一種三相電參數采集裝置，包括信號采集單元、信號調理電路、模數轉換模塊、主控單元、存儲單元和通信單元。所述主控單元包括微控制器以及分別與之連接SPI接口、RS485接口和IIC接口，所述信號采集單元、信號調理電路和模數轉換模塊依次連接，所述微控制器分別通過SPI接口與模數轉換模塊連接、通過IIC接口與存儲單元連接、通過RS485接口與通信單元連接，所述存儲單元包括EEPROM存儲器；其中，信號采集單元用以采集三相電的信號并發(fā)送給信號調理電路，所述信號調理電路對采集的三相電信號進行初步調理處理，并將初步調理處理后的三相電信號發(fā)送給數模轉換模塊，所述數模轉換模塊將采集到的三相電的模擬信號轉換為數字信號并將三相電的數字信號發(fā)送給微控制器，所述微控制器對接收到的三相電信號進行分析處理，并將分析處理后的三相電參數通過通信單元發(fā)送給上位機，同時將數據存儲到EEPROM存儲器。圖2是本發(fā)明所述微控制器的電原理圖。如圖2所示，所述微控制器U3采用的32位ARM芯片STM32F103，運算速度快，性價比高，并提供豐富的常用外設接口。圖3是本發(fā)明所述信號采集單元、信號調理電路和數模轉換模塊的電原理圖。如圖3所示，所述信號采集單元包括電壓互感器和電流互感器，Tl、T3、T5電流互感器和T2、T4、T6電壓互感器產生的信號經過信號調理電路進行調理后發(fā)送給數模轉換模塊，數模轉換模塊將采集到的三相電的模擬信號轉換為數字信號并發(fā)送給微控制器。其中數模轉換模塊U4為一片高速模數轉換芯片CS5451，該芯片集成了 6個A-2 A/D轉換器、濾波器和一個與微控制器相聯接的串行接口，分辨率為16位，為高精度計算提供了保障。圖4是本發(fā)明所述存儲單元的電原理圖。如圖4所示，所述存儲單元為外部掉電數據存儲單元，主要由一片EEPROM組成，將系統(tǒng)運行的保護數據實時保存，完成一些累積參數的累積功能。圖5是本發(fā)明所訴通信單元的電原理圖。如圖5所示，通信單元為485通信電路部分，該部分主要由一片SP485芯片組成，R22、R23、D4、D5共同組成485接口防浪涌保護電路，提聞電路的可罪性。圖6是本發(fā)明的方法流程圖。如圖6所示，一種對三相電信號進行分析處理的方法，包括以下步驟工作開始。系統(tǒng)初始化微控制器初始化外設電路，讀取EEPROM中的保護數據，恢復掉電數據，初始化累積數據等。數據處理對采樣數據進行處理，并計算三相電參數。上傳數據定時或者根據上位機的指令,上傳三相電參數數據。數據存儲定時將需要累積的數據更新到外部掉電數據存儲單元中。采樣中斷進行采樣中斷事件處理。通信中斷進行通斷中斷事件處理。定時中斷進行采樣中斷事件處理。返回輸出處理步驟，進行循環(huán)操作。圖7是本發(fā)明所述采樣中斷過程的流程圖。如圖7所示，所述采樣中斷過程包括以下過程判斷是否到達一個采樣周期，如果是，則計算三相電參數，然后結束采樣中斷過程；如果不是，則直接結束采樣中斷過程。
圖8是本發(fā)明所述通信中斷過程的流程圖。如圖8所示，所述通信中斷過程包括以下過程是否中斷指令，如果沒有，則結束通信中斷過程；如果有中斷指令，則根據指令進行相關操作，如果是設置參數指令，則對模塊參數進行設置，如果是讀取數據指令，則返回采集的三相電參數。圖9是本發(fā)明所述定時中斷過程的流程圖。如圖9所示，所述定時中斷過程包括以下過程是否進行定時中斷，如果是，則對累加數據進行累加，并將最新的累加數據存儲到存儲單元，然后結束定時中斷過程；如果否，則直接結束定時中斷過程。本發(fā)明所述數據處理過程包括以下過程采集多個周期的三相電壓、電流瞬時值；通過數字積分公式計算三相相電壓、線電壓，三相相電壓平均值，三相線電壓平均值，三相不平衡電壓，三相電壓不平衡度，三相電流值，三相不平衡電流，三項電流不平衡度，周波，功率因素，三相有功功率，三相無功功率和三相視在功率等電參數；通過功率值和累積的時間計算出正向有功總電能，反向有功總電能，正向無功總電能，反向無功總電能；對電壓、電流瞬時值做傅里葉變換，將時域信號轉換到頻域分析三相電壓各次諧波及總畸 變率，三相電流各次諧波及總畸變率。本發(fā)明測量計算的參數涉及了三相相電壓、線電壓，三相相電壓平均值，三相線電壓平均值，三相不平衡電壓，三相電壓不平衡度，三相電流值，三相不平衡電流，三項電流不平衡度，周波，功率因素，三相有功功率，三相無功功率，三相視在功率，正向有功總電能，反向有功總電能，正向無功總電能，反向無功總電能，三相電壓各次諧波及總畸變率，三相電流各次諧波及總畸變率等。因此，本發(fā)明測量計算參數豐富，可以達到高精度測量計算，不僅設置簡便，成本低廉，而且滿足了多種應用場合。
權利要求
1.一種三相電參數采集裝置，其特征是，包括信號采集單元、信號調理電路、模數轉換模塊、主控單元、存儲單元和通信單元，所述信號采集單元、信號調理電路和模數轉換模塊依次連接，所述主控單元分別與模數轉換模塊、存儲單元和通信單元連接；其中，信號采集單元用以采集三相電的信號并發(fā)送給信號調理電路，所述信號調理電路對采集的三相電信號進行初步調理處理，并將初步調理處理后的三相電信號發(fā)送給數模轉換模塊，所述數模轉換模塊將采集到的三相電的模擬信號轉換為數字信號并將三相電的數字信號發(fā)送給主控單元，所述主控單元對接收到的三相電信號進行分析處理，計算各種電參數，并將分析處理后的三相電參數通過通信單元發(fā)送給上位機，同時將數據存儲到存儲單元。
2.根據權利要求I所述的一種三相電參數采集裝置，其特征是，所述信號采集單元包括電壓互感器和電流互感器。
3.根據權利要求I所述的一種三相電參數采集裝置，其特征是，所述主控單元包括微 控制器以及分別與之連接SPI接口、RS485接口和IIC接口。
4.根據權利要求I所述的一種三相電參數采集裝置，其特征是，所述存儲單元包括 EEPROM存儲器。
5.根據權利要求I所述的一種三相電參數采集裝置，其特征是，所述模數轉換模塊包括16位6通道同步采樣模數轉換芯片。
6.根據權利要求I所述的一種對三相電信號進行分析處理的方法，其特征是，包括以下過程 系統(tǒng)初始化； 對采樣數據進行處理，計算三相電參數； 上傳三相電參數數據； 數據存儲。
7.根據權利要求6所述的一種對三相電信號進行分析處理的方法，其特征是，還包括采樣中斷過程，所述采樣中斷過程包括以下過程判斷是否到達一個采樣周期，如果是，則計算三相電參數，然后結束采樣中斷過程；如果不是，則直接結束采樣中斷過程。
8.根據權利要求6所述的一種對三相電信號進行分析處理的方法，其特征是，還包括通信中斷過程，所述通信中斷過程包括以下過程是否中斷指令，如果沒有，則結束通信中斷過程；如果有中斷指令，則根據指令進行相關操作，如果是設置參數指令，則對模塊參數進行設置，如果是讀取數據指令，則返回采集的三相電參數。
9.根據權利要求6所述的一種對三相電信號進行分析處理的方法，其特征是，還包括定時中斷過程，所述定時中斷過程包括以下過程是否進行定時中斷，如果是，則對累加數據進行累加，并將最新的累加數據存儲到存儲單元，然后結束定時中斷過程；如果否，則直接結束定時中斷過程。
10.根據權利要求6所述的一種對三相電信號進行分析處理的方法，其特征是，所述數據處理過程包括以下過程 采集多個周期的三相電壓、電流瞬時值； 通過數字積分公式計算三相相電壓、線電壓，三相相電壓平均值，三相線電壓平均值，三相不平衡電壓，三相電壓不平衡度，三相電流值，三相不平衡電流，三項電流不平衡度，周波，功率因素，三相有功功率，三相無功功率和三相視在功率等電參數；通過功率值和累積的時間計算出正向有功總電能，反向有功總電能，正向無功總電能， 反向無功總電能； 對電壓、電流瞬時值做傅里葉變換，將時域信號轉換到頻域分析三相電壓各次諧波及總畸變率，三相電流各次諧波及總畸變率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相電參數采集裝置，它包括信號采集單元、信號調理電路、模數轉換模塊、主控單元、存儲單元和通信單元，所述信號采集單元、信號調理電路和模數轉換模塊依次連接，所述主控單元分別與模數轉換模塊、存儲單元和通信單元連接。還公開了一種對三相電信號進行分析處理的方法，它包括以下過程系統(tǒng)初始化；對采樣數據進行處理，計算三相電參數；上傳三相電參數數據；數據存儲。本發(fā)明采用了A/D轉換芯片加微處理器，能夠進行復雜的數據處理，不僅完成更多的電參數測量，且測量精度高，而且裝置體積小、設置簡便。
文檔編號G01R31/00GK102721887SQ201210222259
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月30日 優(yōu)先權日2012年6月30日
發(fā)明者李鋼 申請人:李鋼