電網(wǎng)諧波檢測(cè)儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及電網(wǎng)諧波的檢測(cè)，尤其涉及低成本、高精度的一種電網(wǎng)諧波檢測(cè)儀，屬于電網(wǎng)諧波檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。主要特點(diǎn)是以MCU控制單元為核心，采用帶浮點(diǎn)運(yùn)算器的STM32F407作為控制芯片，還包括環(huán)境檢測(cè)單元、信號(hào)采集單元、控制輸入單元、控制輸出單元、存儲(chǔ)單元和通訊單元；MCU控制單元完成控制算法及與其他單元對(duì)接的工作；本實(shí)用新型降低了產(chǎn)品成本，在同等價(jià)格下，提高了諧波檢測(cè)儀的精度，同時(shí)還豐富了檢測(cè)儀的功能，尤其是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或傳輸?shù)墓δ?，使用戶可以得到原始電網(wǎng)數(shù)據(jù)，可以進(jìn)一步對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。
【專利說明】電網(wǎng)諧波檢測(cè)儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電網(wǎng)諧波的檢測(cè)，尤其涉及低成本、高精度的一種電網(wǎng)諧波檢測(cè)儀，屬于電網(wǎng)諧波檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，隨著電力電子器件與非線性元件的大量使用，諧波污染日益嚴(yán)重，諧波含量基本上都超過了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5%上限。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中，電網(wǎng)諧波的測(cè)量基本是采用電能質(zhì)量分析儀進(jìn)行測(cè)量。一般情況下，單相電能質(zhì)量分析儀的價(jià)格在3萬元左右，三相電能質(zhì)量分析的價(jià)格甚至超過6萬，價(jià)格太高，一次性投資太大。主要的設(shè)計(jì)方法有以傳統(tǒng)單片機(jī)或者DSP為核心的兩種諧波檢測(cè)儀設(shè)計(jì)方法，前者精度不高，處理能力不強(qiáng)，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，功能不全，且設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜；而后者成本較高，不易推廣。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種電網(wǎng)諧波檢測(cè)儀，解決目前市面上的諧波測(cè)量?jī)x要么價(jià)格過高不易推廣，要么精度太低，功能不全的不足。
[0004]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種電網(wǎng)諧波檢測(cè)儀，其特征是，所述檢測(cè)儀以MCU控制單元為核心，采用帶浮點(diǎn)運(yùn)算器的STM32F407作為控制芯片，還包括環(huán)境檢測(cè)單元、信號(hào)采集單元、控制輸入單元、控制輸出單元、存儲(chǔ)單元和通訊單元；MCU控制單元完成控制算法及與其他單元對(duì)接的工作；STM32F407的SPI2接口、I2C2接口以及PB4、PB5引腳與信號(hào)采集單元的ADE7880模塊對(duì)應(yīng)引腳相連；STM32F407的USARTl接口以及PAll引腳與通訊單元RS485模塊對(duì)應(yīng)引腳相連；STM32F407的USARTO接口與GPRS模塊對(duì)應(yīng)引腳相連；STM32F407的SPIl接口與TF存儲(chǔ)模塊對(duì)應(yīng)引腳相連；STM32F407的I2C1接口與環(huán)境檢測(cè)單元的DS3232M模塊以及24Cxx模塊對(duì)應(yīng)引腳相連，其他模塊均與STM32F407的普通IO引腳相連。
[0005]所述環(huán)境檢測(cè)單元包括實(shí)時(shí)時(shí)間監(jiān)測(cè)的DS3232M單元和溫濕度檢測(cè)單元，溫濕度檢測(cè)單元采用SHT15芯片，完成對(duì)儀表安裝環(huán)境的溫度和濕度的檢測(cè)。
[0006]所述環(huán)境檢測(cè)單元包括實(shí)時(shí)時(shí)間監(jiān)測(cè)的DS3232M單元和溫濕度檢測(cè)單元。
[0007]所述信號(hào)采集單元采用高精度的ADE7880完成電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集功能。
[0008]所述存儲(chǔ)單元預(yù)留多種接口，包括小容量的24Cxx系列的EEPR0M，中等容量的TF卡或SD卡，以及大容量外部存儲(chǔ)的USB接口。
[0009]所述通訊單元分為兩種模式，一種是有線通訊，一種是無線通訊；其中有線通訊采用性能穩(wěn)定的RS485接口，無線通訊采用GPRS或GSM通訊模塊。
[0010]通過上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型降低了產(chǎn)品成本，在同等價(jià)格下，提高了諧波檢測(cè)儀的精度，同時(shí)還豐富了檢測(cè)儀的功能，尤其是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或傳輸?shù)墓δ?，使用戶可以得到原始電網(wǎng)數(shù)據(jù)，可以進(jìn)一步對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型總體框圖；
[0012]圖2是本實(shí)用新型中STM32F407與ADE7880的連接電路；
[0013]圖3是本實(shí)用新型中STM32F407通過RS485模塊與終端通信的連接電路；
[0014]圖4是本實(shí)用新型中STM32F407通過GPRS模塊與終端通信的連接電路；
[0015]圖5是本實(shí)用新型中STM32F407與TF卡的連接電路；
[0016]圖6是本實(shí)用新型中STM32F407與SHT15的連接電路。
【具體實(shí)施方式】
[0017]結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型，本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。以MCU控制單元為核心，采用帶浮點(diǎn)運(yùn)算器的STM32F407作為控制芯片，還包括環(huán)境檢測(cè)單元、信號(hào)采集單元、控制輸入單元、控制輸出單元、存儲(chǔ)單元和通訊單元；MCU控制單元完成控制算法及與其他單元對(duì)接的工作；STM32F407的SPI2接口、I2C2接口以及PB4、PB5引腳與信號(hào)采集單元的ADE7880模塊對(duì)應(yīng)引腳相連；STM32F407的USARTl接口以及PAll引腳與通訊單元RS485模塊對(duì)應(yīng)引腳相連；STM32F407的USARTO接口與GPRS模塊對(duì)應(yīng)引腳相連；STM32F407的SPIl接口與TF存儲(chǔ)模塊對(duì)應(yīng)引腳相連；STM32F407的I2C1接口與環(huán)境檢測(cè)單元的DS3232M模塊以及24Cxx模塊對(duì)應(yīng)引腳相連，其他模塊均與STM32F407的普通IO引腳相連。
[0018]本實(shí)用新型通過按鍵選擇檢測(cè)儀的工作模式，第一種模式是只對(duì)基本電力參數(shù)的測(cè)量，包括各相電壓電流有效值、各功率值、功率因數(shù)、電能等參數(shù)；第二種模式是只對(duì)諧波參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，包括各次諧波的有效值及相角、諧波含有率、諧波含量、諧波總畸變率等參數(shù)；第三種模式是既測(cè)量基本電力參數(shù)，又測(cè)量諧波參數(shù)。接著系統(tǒng)將所測(cè)得的參數(shù)予以顯示，并按時(shí)存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)。通過RS485通訊模塊，實(shí)現(xiàn)人機(jī)通信功能。同時(shí)系統(tǒng)還對(duì)周邊的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦超出邊界值，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出警報(bào)。
[0019]本實(shí)用新型采用ADI公司開發(fā)的高精度電能計(jì)量芯片ADE7880。圖2為ADE7880芯片與STM32F407的連接電路，PM[1:0]=01B表示該芯片工作在正常模式下。采用ADE7880的I2C接口作為控制信號(hào)傳輸接口，SDA是數(shù)據(jù)I/O 口，SCL是串口時(shí)鐘。這個(gè)接口支持的最大串口時(shí)鐘速率是400kHz。采用ADE7880的HSDC接口作為數(shù)據(jù)傳輸接口，HSDC始終作為通信主機(jī)并由以下三個(gè)引腳組成:HAS、HSD和HSCLK。HAS表示選擇信號(hào)。字傳輸期間，該引腳保持低電平有效，并且通常連接到從機(jī)的選擇引腳。HSD將數(shù)據(jù)發(fā)送到從機(jī)并通常連接到從機(jī)的數(shù)據(jù)輸入引腳。而HSCLK是串行時(shí)鐘線路(由ADE7880產(chǎn)生)并通常連接到從機(jī)的串行時(shí)鐘輸入。
[0020]本實(shí)用新型為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，提供了 RS485通訊設(shè)備以及GPRS無線通信，兩種通信方式各有優(yōu)點(diǎn)。RS485通信可靠性較強(qiáng)，GPRS通信為無線通信，不需要連接網(wǎng)線。圖3和圖4分別展示了 STM32F407通過RS485模塊以及GPRS模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的電路連接示意圖。另外為防止數(shù)據(jù)丟失，本實(shí)用新型還加入了 TF卡存儲(chǔ)單元，實(shí)時(shí)保存電網(wǎng)中的原始數(shù)據(jù)，方便工作人員查詢和分析。
[0021]本實(shí)用新型為了嚴(yán)格保證諧波分析時(shí)間的準(zhǔn)確性，用定時(shí)中斷完成讀取采樣數(shù)據(jù)以及諧波分析，另外RS485通訊、按鍵解析以及定時(shí)向TF卡保存數(shù)據(jù)這些功能均采用中斷方式完成。主程序首先對(duì)所有功能以及數(shù)據(jù)完成初始化任務(wù)，初始化的內(nèi)容包括:系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)鐘、3個(gè)定時(shí)器的初始化、電能分析芯片ADE7880的初始化、RS485通訊的初始化、顯示屏初始化、TF卡存儲(chǔ)初始化、EEPROM的I2C通信初始化、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS3232M的I2C初始化、中斷優(yōu)先級(jí)別的分配、繼電器和指示燈的端口配置以及溫濕度檢測(cè)端口的初始化。初始化完成之后，開始溫濕度的檢查，如果超出了工作要求的界限，則發(fā)出警報(bào)。之后通過按鍵選擇檢測(cè)儀的工作模式，分3種工作模式:電力參數(shù)檢測(cè)、諧波參數(shù)檢測(cè)以及電力-諧波參數(shù)檢測(cè)。之后由顯示屏顯示相應(yīng)的顯示內(nèi)容。
[0022]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的方式之一，除此之外，本實(shí)用新型還可以使用其他實(shí)施方式，需要說明的是，在沒有脫離本實(shí)用新型發(fā)明的構(gòu)想前提下，任何顯而易見的替換均在本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電網(wǎng)諧波檢測(cè)儀，其特征是，所述檢測(cè)儀以MCU控制單元為核心，采用帶浮點(diǎn)運(yùn)算器的STM32F407作為控制芯片，還包括環(huán)境檢測(cè)單元、信號(hào)采集單元、控制輸入單元、控制輸出單元、存儲(chǔ)單元和通訊單元；MCU控制單元完成控制算法及與其他單元對(duì)接的工作；STM32F407的SPI2接口、I2C2接口以及PB4、PB5引腳與信號(hào)采集單元的ADE7880模塊對(duì)應(yīng)引腳相連；STM32F407的USARTl接口以及PAlI引腳與通訊單元RS485模塊對(duì)應(yīng)引腳相連；STM32F407的USARTO接口與GPRS模塊對(duì)應(yīng)引腳相連；STM32F407的SPIl接口與TF存儲(chǔ)模塊對(duì)應(yīng)引腳相連；STM32F407的I2C1接口與環(huán)境檢測(cè)單元的DS3232M模塊以及24Cxx模塊對(duì)應(yīng)引腳相連，其他模塊均與STM32F407的普通IO引腳相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)諧波檢測(cè)儀，其特征是，所述環(huán)境檢測(cè)單元包括實(shí)時(shí)時(shí)間監(jiān)測(cè)的DS3232M單元和溫濕度檢測(cè)單元，溫濕度檢測(cè)單元采用SHT15芯片，完成對(duì)儀表安裝環(huán)境的溫度和濕度的檢測(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)諧波檢測(cè)儀，其特征是，所述信號(hào)采集單元采用高精度的ADE7880完成電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)諧波檢測(cè)儀，其特征是，所述存儲(chǔ)單元預(yù)留多種接口，包括小容量的24Cxx系列的EEPR0M，中等容量的TF卡或SD卡，以及大容量外部存儲(chǔ)的USB接□。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)諧波檢測(cè)儀，其特征是，所述通訊單元分為兩種模式，一種是有線通訊，一種是無線通訊；其中有線通訊采用性能穩(wěn)定的RS485接口，無線通訊采用GPRS或GSM通訊模塊。
【文檔編號(hào)】G01R23/16GK203772957SQ201320886236
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】郭志波, 林少帥, 胡珊珊, 孫前雙 申請(qǐng)人:揚(yáng)州大學(xué), 江蘇鴻雁郵電器材有限公司