毕业设计（论文）基于dsp2812电力参数检测的设计

1、1 绪论11.1 本课题的提出及研究意义11.2 国内外现状21.3 本课题的主要工作及内容安排32电力参数的测量方法42.1 交流信号采样42.2 电参量的测量62.2.1 交流电压值、电流值的测量62.2.2 频率的测量72.2.3 功率因数测量8本章小结83电参量检测系统的硬件介绍93.1 电参量检测系统的功能93.2 系统的总体构架94电参量检测系统的软件设计114.1 软件的总体设计114.2 主程序模块124.3 信号采集与数据处理模块134.3.1 信号采集模块134.3.2 数字滤波器模块144.3.3 FFT程序设计模块174.3.4 电压电流测量模块18频率测量模块19功率

2、因数测量模块21通讯接口模块22液晶显示模块23本章小结265结论与展望27参考文献29致谢30附录31摘 要电参量监测系统能详细记录电力系统运行过程中的电能质量指标、监测电能质量污染源，从而为电网电能质量的治理和改善提供依据，对保证电力系统的安全、经济及稳定运行有重要的意义。本文从软件设计方面介绍了以TMS320F2812 DSP为核心的电力参数测试仪研究，主要内容包括：结合TMS320F2812的特点的信号采样、数据分析、人机接口和通讯模块的特点，讨论了谐波存在情况下频率、电压和电流有效值、功率以及电能等电参量的测量原理；分析了软件系统的功能需求，设计了本装置的数据采样、数据分析、人机接口

3、、通讯模块的应用软件。软、硬件配合测试结果表明本文所设计的电力参数测量装置，具有一定的测量速度和测量精度，可以基本满足电力参数监测的要求。关键词：电能质量 电参量 DSP 监测AbstractElectric parameter detection system can keep detailed records power quality indices、monitoring power quality pollution sources when the system running，Thus provides the basis for The governance and improv

4、e of power quality. It is important to ensure the safety of electric power system and Economic stability operation.This paper introduced TMS320f2812 the power parameter dosimeters research, Main contents including from the software design：Combined with the characteristics of TMS320F2812 signal sampl

5、ing, data analysis, man-machine interface and the characteristics of communication module，Discussed the harmonic existence circumstances, Frequency and voltage and current, power and power the RMS measuring principle of electric parameters；This paper analyzed the software system function demand, Thi

6、s device was designed data acquisition, data analysis, man-machine interface, communication module application software, Soft and hardware cooperate with test results shows that this design of power parameter measurement device has certain measurement speed and the measurement precision, can basical

7、ly meet the requirements of monitoring power parameters.Key words: Power quality Electric parameters DSP(Digital Signal Processor) Monitoring1 绪论1.1 本课题的提出及研究意义近年来，随着我国经济和社会的发展，社会对电力的需求量与目俱增，电力供应日趋紧张，严重制约我国经济社会的发展，并且我国还将持续一段时间出现用电紧张情况，这一问题已经引起了国家有关部门的高度重视并颁布了相关标准，电力系统正常、安全、高效的运行对于国民经济和社会的健康发展有着极为重要的

8、意义。在当前情况下，为了能做到合理有效地利用有限的电力资源，这就需要对电力参数进行准确、实时地监测。众所周知，在工业生产和日常生活中，电力对社会和个人有着密切的关系和重要的意义，因为电流、电压过低过高，均能影响各种电器设备的正常使用功效及设备寿命，严重的还会危及人身安全，并且，对电压、电流、功率因数和频率等电力参数的准确、快速地检测、监控可以及时掌握供电线路和设备运行状态，及时发现电网中的故障或隐患，进而采取合理和有效的措施，保证电力系统及设备运行良好1。近年来，随着电力电子技术的迅速发展，在化工、冶金、电力传送、电气化铁道等行业，以及家用电器中非线性负荷的使用日渐增多，特别是一些大功率整流设

9、备和电弧炉等的大量应用，导致在电力系统中产生大量的谐波，进而引起电压、电流波形发生畸变，电力谐波不仅会严重危害供用电设备和电气仪表，使供电质量不断下降，影响计量设备的测量控制，不能准确地反映电力系统运行的情况，损害用户的利益，也会对电力系统本身造成不良的影响和危害2-3。在很长一段时间来我们还没有一套功能完整的装置来测量电力参数，通常关心的是电力供应量方面，较少关心电力参数和谐波情况，并且现有的一些检测器件还依赖于有百年历史的动圈式仪表和交流互感器之类的电工仪表，这些仪表只能显示电力参数的有效值和模拟值，误差大，精度低，不能满足实际测量的要求，有些也仅考虑了测量基波分量的情况，较少考虑对谐波的

10、测量，那么电力参数的实时准确的测量成了必须要解决的问题。从以上可见，研制一种电力参数检测装置具有非常重要的意义，它能对如电压、电流、功率因数和频率等重要的电力参数进行实时检测，还要对电力系统中的高次谐波进行实时分析，从而使人们采取进一步的措施，保证电能质量，保证电力系统安全、可靠、经济地运行。1.2 国内外现状电能质量的标准和技术是随着电力系统的发展和用户需求的变化而变化和发展的。大量电力电子设备的使用是新技术的运用，同时也是电能质量恶化的制造者和受害者。有目共睹，电力质量问题是严重的。近40年来全球范围内因电能质量而引起的重大电力事故己达20多起，每年电能质量扰动和电力环境污染引起的国民经济

11、损失高达300亿美元。其实，供电质量问题不仅对大型企业的正常生活影响较大，同时对重大活动，政治活动安全供电影响也较大。我们需要监察分析电力系统动态和稳态两大电能质量问题，为预防和减少电能质量引起的故障，需从统计数据方面提供采取措施的依据。国外对电能质量研究起步较早，目前有关电能质量控制的研究正掀起高潮，从所使用的理论到电能质量评价指标体系的建立；从全国性的电能质量普查、监测到用户终端电气环境的定义，各种电能质量问题分析方法的提出，以及“用户电力技术”等电能质量控制技术的研究和装置的开发正深入进行。1996年，IEEE将每两年召开一次的电力谐波国际学术会议(ICHPS)更名为电力谐波与电能质量学

12、术会议(ICHAP)，把电能质量提高到一个新的认识高度。在从事电能质量产品的企业中，美国的FLUKE公司和瑞士的LEM公司的产品在全球都有广泛的应用。国内致力于电能质量产品研究的企业很多。总体来看，国内广泛采用统计型电压表监测电压质量水平，这些电压监测仪只能监测电压合格率，需要人工抄表，缺乏统计分析功能，而谐波和电压波动、闪变的测量则用便携式测量仪器，分别对变电所的各级母线电压、主变压器各侧的谐波电流、电容器组的谐波电流进行测量、对大、中型非线性负荷用户和电厂以及低压配电网电流进行测量，然后根据测量数据进行汇总、统计分析，对电网的电能质量水平进行评估。这种电能质量监测手段和管理模式存在着实时性

13、差、测量指标少、工作量大、测量误差大、效率低等明显的局限性。当前，电力参数检测仪器正朝着以下方向发展：l、体积小型化、功能多样化、功耗减小，维持电流降低化、采用新器件更高可靠性、显示方式普遍更新。2、实现网络化智能、在线监测。随着传感器技术、计算机技术、信息技术等发展，系统监测技术广泛采用这些先进的科研成果，使在线监测逐步走向实用化阶段：监测装置可作为接入访问平台进入网络，可以实现设备资源和数据资源共享及远程操作。3、虚拟化。虚拟仪器是建立在标准化、系列化、模块化、积木化的硬件和软件平台上的完全开发的系统，结合电力系统的应用，开发应用虚拟仪器技术建立的高速、高效、大容量、多功能、智能化的实时监

14、铷系统4-5。1.3 本课题的主要工作及内容安排本课题从测量装置的硬件设计、软件设计、算法等角度进行研究主要完成测量装置的设计和各部分功能的软硬件调试，在论文中用原理图、流程图、框图、程序等详细介绍了装置电源、信号采集、通讯、控制等各部分功能单元的软硬件实现。第一章为绪论，介绍了本课题的研究背景、研究意义以及全文主要工作和内容安排。第二章介绍了交流采样的一种方法（同步采样法），着重讨论了电力参数测量的方法，并给出了相应的计算公式。第三章主要对本装置的硬件进行简要的介绍，介绍的本装置的主要功能以及系统的总体框图，并对其原理流程作简要介绍。第四章为测试仪的软件设计。主要阐述了测试仪的软件初始化设计

15、、各种算法的实现以及外围设备的控制，并给出了主要处理子程序的原代码。第五章对全文进行总结。2电力参数的测量方法2.1 交流信号采样采样又称抽样、取样，是对模拟信号在时间上、幅值上离散化。这样用在电参量测量中可以克服模拟运算准确度较低、易受各种干扰影响的缺点，从同一批数据中可获得多个电参量信息。对于一个连续的信号，若其最高次谐波分量的频率为，当采样频率时，采样信号就将无失真地反映被测信号。一般称为“香农(Shannon)采样定理”6。本文中的采样技术主要应用于电参量测量领域。就是对周期或非周期的交流待测信号，通过CPU的控制，用采样保持器进行采样和保持，再送给AD转换器进行模数变换和量化处理，将

16、模拟量变为数字量，经存储器，最后由CPU进行一系列运算、处理，得到结果。目前采用的交流采样技术主要有三种方法：同步采样法、非同步采样法、准同步采样法。本文采用同步采样法，下面对同步采样法进行介绍：同步采样法是最初采用的方法，同步采样法7-8是指采样时间间隔Ts与被测交流信号周期T及m个周期内采样点数N之间满足关系式 （2.1）对于周期为T的信号，设采样由t=0处开始，在m个整周期中均匀采样N次，则采样时间间隔Ts=mTN，那么第i次采样的时间为 i=0,1,2,3N-1 (2.2)同步采样法的实现可用以下两种方式：1硬件同步采样法；2软件同步采样法，下面分别加以介绍。1硬件同步采样法硬件同步有

17、多种形式，常见的是采用锁相环来实现频率跟踪电路的同步等间隔采样，输出一个N倍于被测信号频率的控制信号，控制采样保持电路和AD转换器。硬件同步由硬件同步电路向CPU提供中断请求实现同步。锁相环实现同步采样的原理如下图21所示：采样保 持相位比 较微处理系统压控震 荡低通滤 波分频器数模转 换输入信号2软件同步采样法首先测出被测信号的周期T，然后用T除以一周期内采样点数N，即T/N，得到采样间隔Ts，以此确定定时器的计数值，用定时中断方式实现同步采样。由于采样间隔由定时器决定，而定时器初值由DSP赋值，受其时钟周期不能无限小的限制，理论计算所得时间间隔与定时器设定的时间间隔相比，存在一个偏差值，随

18、着采样点的增加，偏差值小段累积，产生同步误差。设定时器的计数周期为，则定时器的计数值为(N为一周期内采样点数)，由于受定时器最大计数频率不能无限大的限制，一般不为整数，只能对它取整，去掉小数部分。设去掉的小数部分为I，取整为M，以M为定时器的计数值，则产生的周期误差为： （2.3）2.2 电参量的测量理想的交流供电系统中，三相交流电压是平衡的，其均方根值和频率都应是恒量，电压和电流的波形都为正弦波。电压U的瞬时值可以表示为： （2.4）式中：U-电压均方根值 -角频率 f-频率 -初相角U、为电压正弦波的三要素，为基波。这种正弦形的基波周期函数对加、减、微分和积分等运算是封闭的。2.2.1 交

19、流电压值、电流值的测量在实际电力系统中，相电压有效值可表示为：（2.5） 在数字处理系统中，模拟电信号经采样后离散化，以一个周期内有限个采样电压瞬时值来代替一个周期内连续变化的电压函数值，则有：（2.6）上式中：相邻两次采样的时间间隔 第m个时间间隔的电压采样瞬时值 N一个周期的采样点数若相邻两次采样的时间间隔都相等，在一个周期T内采样次数，N=T/T则有：（2.7）电流有效值的计算方法与上述电压有效值方法相同。2.2.2 频率的测量对于一个理想的正弦波(如图22(a)所示)，一般可利用波形在三个过零点之间就是一个整周期的特点，通过装置的过零比较器将波形转化为方波信号，用DSP的捕获比较模块采

20、集口来捕获波形中的两个上升沿，同时启动定时器计数，这样，两个上升沿之间定时器的计数差值即为一个整周期的计数值(如图22(b)所示.tCntendCntbegin(a)tCntendCntbegin(b)根据实际调试及仿真，得出下面的计算方法。设所选晶振频率为f(单位为Hz)，则输入频率F计算公式为： （2.8）2.2.3 功率因数测量在正弦波情况下，有功功率为，其中U和I为电压和电流的有效值，为功率因数。而在存在谐波的非正弦情况下，有功功率定义为：经离散化后，以一个周期内有限个采样电压和电流瞬时值来代替一个周期内连续变化的电压和电流函数值，则有：由于，则单相有功功率离散化后得：三相总的有功功率

21、为各单相有功功率之向量和：视在功率为各单相视在功率之和：式中U和I为式(2.4)中的各相电压和电流有效值。无功功率则为：根据已经所得的有功功率和视在功率，可得功率因数： （2.9）本章主要介绍了采样的概念以及同步采样法的原理，对硬件同步采样法和软件同步采样法分别做了介绍，另外，从理论上分析了本装置所需测量的电压电流有效值、功率、电能等的测量原理，并给出了相应的计算公式。3电参量检测系统的硬件介绍3.1 电参量检测系统的总体功能简介本测量装置主要进行一些简单的参数测量，主要测量参数有：电压有效值、电流有效值、系统频率、功率因数。测量量程：电压量程480Vrms电流量程10Arms3.2 系统的总

22、体构架在考虑系统的总图框架时，最主要的原则就是在满足系统性能要求条件下，减少外围设备的数量。整套装置以TMS320F2812为核心，外围设备有系统电源、模拟量输入、通讯接口、时钟接口、键盘、液晶显示、外部存储等。DSPF2812通讯模块上位机按键模块显示模块采样采集模块寄存器模块系统硬件总体框图系统的电源部分采用稳压电源，使装置能在较宽的电压范围内正常工作。待测的电压、电流信号经二级CT、PT转换，转换为标称值为5A、O8V的电压信号，滤波后由过零比较器生成频率相同的方波，以便于测频和实现缺相检测。然后把滤波后的电信号变为适合F2812 ADC33V的电信号，最后送入ADC来完成七路信号的数据

23、采集。然后由DSP完成数字滤波、FFT运算以及各电网参数的计算检测并进行各种判断，并将需要的数据存贮起来。系统时钟由外部晶振提供。装置的人机界面主要是键盘和LCD显示。另外，装置可通过RS232，RS485传送信息，用来作为当地调试接口和远程通讯。4电参量检测系统的软件设计软件系统是整套装置的重要组成部分。进行软件设计时，尽量采用模块化、结构化设计思想，以便于将来程序及各种功能模块的可移植与可扩展。在选择编程语言时，考虑到F2812汇编语言运行速度快，并且有一些专门针对FIR滤波器、FFT算法的指令。C语言的代码转换效率比较高。综合装置的性能与编程难度、程序可移植性等问题，选用了以汇编语言为主

24、，C语言为辅的混合编程方式，其中汇编语言主要完成系统装置初始化与各种算法，C语言用来完成一些外来程序的移植。4.1 软件的总体设计F2812是整个系统中的核心部分，系统的功能都是由这个核心部分来完成的。整个软件主要由以下几部分构成：系统初始化、开中断、信号检测、数据采集程序、FIR滤波、FFT运算等。由于软件系统较为复杂，涉及的算法也较多，为了便于调试和维护，在设计系统的软件时，把软件分成三个部分来考虑：主程序单元；信号采集与数据处理单元和人机接口单元。系统软件的功能框图如图4.1所示：数据采集F2812按键模块显示模块数据处理通讯模块1主程序模块主程序单元主要完成系统的自举，跳转；进行相关存

25、储单元的初始化：调用事情管理器EV程序；管理中断等。2信号采集与数据处理模块信号采集与数据处理单元主要完成模拟信号AD转换，并对数据进行分析计算。分析的任务主要包括两部分：FFT计算与实时信号的检测、计算。3人机接口模块主要完成数据的显示、按键的扫描和通信等功能。4.2 主程序模块主程序单元主要完成系统的自举，跳转；进行相关存储单元的初始化：调用事情管理器EV程序；管理中断等。主程序单元完成自举加载程序，跳转到主程序入口；然后进行相关变量、数据缓冲区、控制寄存器、状态寄存器的初始化：调用事情管理器EV初始化程序；初始化外设扩展中断PIE。主程序单元如图4.2所示：开始程序初始化数据采集子程序数

26、据处理子程序显示子程序是否通讯通讯子程序YN4.3 信号采集与数据处理模块4.3.1 信号采集模块TMS20F2812带有两个8选1多路切换器和双采样保持器的12位ADC，模拟量输入范围为03v，最快转换速率为80ns。可采用多种触发方式，最多可同时转换16个通道，并采用每次转换结束的中断方式来纪录采样结果(右移4位)。信号采集子程序流程图如图4.3所示：开始采样装置初始化周期性喂狗返回主程序NYADC采样是否结束ADC转换时，首先初始化DSP系统，然后设置PIE中断向量表，再初始化ADC模块，接着将ADC中断的入口地址装入中断矢量表并开中断，同时等待ADC中断，最后在ADC中断中读取ADC转

27、换结果，并用软件启动下一次中断。ADC采样源程序代码见附录程序一4.3.2 数字滤波器模块1、数字滤波器基本概念11数字滤波器是指输入、输出均为数字信号，通过一定运算关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分的器件，是用有限精度算法实现的离散时间线性非时变系统，其输入是一组(由模拟信号取样和量化的)数字量，其输出是经过变换(或说处理)的另一组数字量。因此，数字滤波的概念和模拟滤波相同，只是信号的形式和实现滤波方法不同。正因为有该不同点，与模拟滤波器相比，数字滤波器具有稳定性好、精度高、灵活性大等优点，其一般可以满足滤波器对幅度和相位特性的严格要求，可以避免模拟滤波器所无法克服的

28、电压漂移、温度漂移和噪声等问题，同时还可以通过修改参数而灵活地改变滤波效果。这些优点使数字滤波特别适用于现场情况复杂、存在大量干扰信号的电力系统中的测控设备。2、数字滤波器的选择12数字滤波器的实现可以有两种选择：无限长单位脉冲响应滤波器(IIR)和有限长单位脉冲响应滤波器(FIR)。IIR滤波器系统函数的极点可位于单位圆内任何地方，因此可用较低的阶数获得较高的选择性，所用的存贮单元少，经济而效率高。但这是以相位的非线性为代价的，选择性越好，则相位非线性越严重。要实现IIR滤波器的线性相位，必须加全通网络进行校正，这又会大大增加滤波器的阶数。IIR滤波器的另一个缺点是必须采用递归结构，极点必须

29、在Z平面的单位圆内才能稳定，运算中的四舍五入可能会引起这种结构的寄生振荡。而FIR滤波器在这两点则优越得多，FIR滤波器主要采用非递归结构，可以保证绝对的稳定，定点制有限字长效应造成的误差也较小。且FIR滤波器可采用FFT算法，在相同阶数下，运算速度可以快得多。FIR滤波器还易实现线性相位，且允许设计多通带(或多阻带)滤波器。所以本装置采用FIR滤波器进行数字低通滤波模块的设计。FIR滤波器的设计主要有三种方法：窗函数法、频率抽样法和切比雪夫逼近法。这三种方法都有其优缺点，一般应用较多的是第一种和第三种。这是因为窗函数法比较简单，可应用现成的窗函数公式，在技术指标要求不高时比较方便灵活。由于电

30、力信号的特点，我们并不要求严格控制带通、阻带的截止频率，所以本装置选择了简单、有闭合公式可循的窗函数法进行FIR滤波器设计。3、数字滤波器的实现结合FIR 设计原理，通过分析可知，实现FIR滤波器的过程如下13-14（1）根据滤波要求，依据公式和 算出凯泽窗的N和值。（2）利用待求滤波器的理想频率响应求出滤波系。一般可利用MATLAB的firl命令来进行计算。（3）将设计好的N个存入相应的存储区。（4）从ADC的输出端读取某一时刻的采样值x(n)，并存入相应的寄存器。（5）重复N此循环读取h(n)的值进行卷积运算求得Y(n)：···根据要求，应滤除31次以上谐波，

31、则截此频率，取截止频率，确定带通波纹Rp时，考虑到测量方法误差主要是数字低通滤波器的通带误差，为方便系统误差分析，取测量方法误差是002，其通带内的准确度应为带通波纹RpO0002，带阻衰减As=82dB。所用窗函数为凯泽窗。根据公式可得N=53和=8.0777。F2812芯片包含一个典型的单周期16位×16位乘/加命令DMAC，利用这条命令可使用辅助存储器XAR7间接存储器寻址可以访问整个4M×16程序空间(Ox0000 00000x3FFF FFFF)整个滤波器的程序的核心指令有两条：RPT N-1其中指令RPT N-1使整个乘加过程执N次(N为滤波器长度，本装置中N=

32、53);指令用来完成下列操作：(1) 用 (程序地址)存储滤波器系数h(0)h()h()h()h(52);(2)将待滤波的采样值存入；(3)将中的数据与中的据相乘，(4)将指定的数据存储器地址中的内容复制到下一高地址数据存储器指向下一个滤波器系数。程序源代码见附录程序二4.3.3 FFT程序设计模块FFT是数字信号处理中的重要工具。在进行FFT时，需要解决的两个主要问题是反序和蝶形算法。反序是按码位倒置的原理来实现的，它是进行蝶形运算的先决条件，而蝶形算法是FFT的关键15-16。TMS320F2812的指令集中可以进行位反转变址寻址对基于FFT程序中的数据进行重排序。当选择该寻址方式时，在A

33、RAU中进位传送方向被反转，且当前AR加上或减去ARO内容。这种寻址方式的典型应用需先将ARO设为阵列大小的一半，且将当前AR值为数据的基地址。具体实现如下程序。在本装置中，直接采用了TI公司基于F2812的标准FFT程序，只要把它的端口做了一些改动即可。FFT算法的流程图如图4.4：开始定义计算参量设置循环标志计算第一级旋转因子进行蝶形运算内存初始化计算该级FFT子程序结束N=128?I=7?NNYY源程序代码见附录程序三4.3.4 电压电流测量模块电压的测量过程比较简单，首先通过ADC采样对送到A/D口的模拟信号进行转换，通过滤波后用公式对转换后的信号进行运算，再通过进制转换，转换成十进制

34、，最后送到液晶显示器显示。主要程序流程图如图4.5：开始电压有效值计算结果转换传送数据至PC显示程序初始化YN数据采集是否结束电流的测量与电压测量类似这里不多做介绍。本设计主要利用EVA中的2个通用定时器(T1和T2)，2个捕获单元(CAP1和CAP3)，EVB中的1个通用定时器 (T3)。具体测量原理如图4.6所示：TCAP1t12CAP1CAP3t21t22T3预置阀门时间实际阀门时间T1PWMT1被测频率信号T2标准频率信号频率测量软件实现：程序先调用各模块的初始化子程序，主要包括GPIO初始化、PIE初始化、EV初始化和SCI初始化。系统初始化完成之后，主程序启动CPU_Timer0，

35、使能 T1、T2的上溢中断，启动CAPl，设置T1的比较值为1，等待T1CINT置位，开始测量频率。为减小测量过程中产生的随机误差，所测结果均取平均值。利用CPU_Timer0产生一定的时间段(O6s)。该时段结束后(CPU_Timer0中断标志位置位)，即对该段时间段内记录的测量结果求均值。此时，如果查询到上位机发出接收请求，则传送相应数据至PC显示。然后，重新初始化定时器和捕获单元，进入下一轮测量。程序流程如图4.7：开 始启动CAPtimer0、CAP1、TI、T2写0给GPIOA 0口停止T1、T2停止CAP1、CAP3，计算频率读CAP1栈值清T1、T2上溢次数启动T3、CAP3系统

36、初始化TICINT=1?？T3CNT=1?PDPINTA=1?读CAP1、CAP3栈值读T1、T2上溢次数CPUtimer0中断标志位=1？RXFFIFINT=1?进行下一次测量清CPUtimer0中断标志求取频率的平均值传送数据至PC显示重新初始化定时器和捕获NYNYYNNNYY在本设计中，利用DSP的定时器2启动AD转换，当每一路数据采集结束后产生一个结束信号，利用中断方式读取数据，将数据逐点转移到内存缓冲区。为了提高数据精度，可以采用多次采集然后取平均值的方式。最后通过数字滤波器处理后计算所需要的电量。采用过零点检测法，通过电流互感器和电压互感器将同一相的电流和电压转换成小电流和小电压，

37、再别进入2个比较器转化为一定幅值的方波，矩形脉冲的上升沿仅仅决定于输入信号由负变正的这一过零点时间，从而避免了由于输入信号的畸变带来的误差，输出的脉冲信号经过光耦隔离后加到DSP的2个捕捉器CAP1和CAP2上。捕捉上升沿的时间T1和T2，CAP1和CAP2由定时器2提供时基。假设相电流过零点的时间为 ，相电压过零点的时间为T2，当T1>T2时，说明相电流滞后相电压，所测量的系统是感性的负载；当T2>T1时，说明相电压滞后相电流，所测量的系统是容性的负载。我国的电网为工频50Hz(对应的周期为20 000s)，而一个周期对应的电角度为360o。所以当T1和T2的时间差t被确定后，功

38、率因数角便可以计算出来由推出功率因数开始启动CPUtimer0CAP1、CAP2捕获T1、T2上升沿时间停止CPUtimer0CAP1、CAP2计算功率因数传数据到PC显示系统初始化初始化YNCPUtimer0中断标志位=1？清CPUtimer0中断标志求功率因数的平均值重新初始化定时器和捕获进行下一次测量本装置的RS232接口通信由F2812的SCI接口模块实现。SCI模块的接收器和发送器都是双缓冲的，每一个都有独立的使能和中断标志位。两者可以单独使用，也可以在全双工方式下同时工作。收发器是MAX3160型收发器，通过硬件设置，使它工作在RS485状态。TMS320F2812串行通信软件可采

39、用查询和中断两种方式。本装置中，数据发送与接收均采用中断方式。F2812的SCI初始化包括以下几个部分：SCI引脚配置为通用GPIO，时钟模式选定；波特率选定；发送接受数据长度选择：内部时钟使能。所有设置都是通过SCI寄存器来实现的。数据发送流程图如图4.9：程序初始化开中断中断向SCITXBUF送数据发送是否完成SCICTL2-TXRDY=1?YN数据接收流程于此类似这里不作详细说明液晶显示是通过DSP的SPI口来进行通讯的，来显示汉字与字符都以图形图形方式显示。系统显示汉字时，首先完成初始化工作。本装置采用的VPG240128TA-SC图形液晶显示模块本身自带T6963C控制芯片，初始化设

40、置一般都由管脚设置来完成，因此，其指令系统主要集中于显示功能的设置。但必须对LCD显示屏进行初始化。显初始化流程如图4.10所示：结束关显示选择图形工作方式设置图形区首地址和宽度开显示本装置采用的128×64液晶屏每屏可显示4行×8列汉字。汉字字库放在外部ROM中。通过数据总线可直接访问外部字库，以读取某个汉字的显示码。并将显示码写入液晶控制器T6963C中显示RAM区的指定地址，便可在液晶屏上的相应位置显示出来。汉字显示流程图如图4.11所示：就算汉字字库字模首地址计算图形显示区首地址计算图形显示RAM地址从字模地址取左部字模地址字模地址指针p=p+16计数器i=i-1从

41、字模地址取右部字模地址结束开 始计数器i<0NY程序代码见附录程序四本章详细介绍了本装置的软件系统设计。按照主程序、各子程序的顺序，依次介绍了总体软件框图，叙述了数据采样程序、数据处理程序、通讯程序、显示程序的原理以及软件流程图，并给出了相应的程序代码。5结论与展望1、总结本文研究的电参量测试仪是根据当前电参量检测的现状提出的，所设计的装置是以TI公司的TMS320F2812 DSP芯片为核心的，本装置充分利用F2812的特点和自带功能，制定了具有一定特色的三相电能质量测试仪设计方案。在研制该电能质量测试仪的过程中，主要做了如下的工作，并取得了一定的成果：1从理论方面对测试仪的各项功能实

42、现做了探讨。主要体现在各个电力参数的测量方法和测量的具体实现，把FFT算法实际运用到本装置中，提高了运算的速度。理论上的研究为装置在实际中的功能实现提供了可靠的保证，并为装置在软件上的实现指明了方向。2在装置的功能实现上，采用以低功耗、带自带16通道12位高速AD的TMS320F2812DSP。模拟部分主要包括：电源模块、抗混叠低通滤波电路、过零比较、信号调理等；数字部分主要包括：F2812 DSP、RS232RS485串口通信、键盘显示等。在划分各个功能单元的基础上，逐步调通了各自的硬件功能，为装置功能的最终实现奠定了基础。3软件设计采用了以汇编语言为主，辅以C语言的混合编程方式。其中汇编语

43、言主要完成系统的初始化与各种算法，C语言主要完成实时信号的分析。采用模块化编程思路，增加了程序的可读性和可移植性，同时为了增加装置使用的简洁性，采用键盘独立技术，简化了操作，最大限度发挥软件的作用；2展望本电力参数监测装置仍存在如下一些不足：1、本装置只能进行几个电参数的测量，没能检验全部功能。有一些功能在实 验条件下能实现，但现场条件能否实现尚不可知。2、整个系统的结构设计并非最优，还有一些待改进的地方，在软件设计上讨论的并不深入。3、整个系统完全未达到实用化水平，还需要做一些具体的工作。4、随着DSP的技术的不断发震，DSP的结构也越来越复杂，对它的编程和控制越来越困难，怎样对其编程才能发

44、挥其性能和特点，实现多芯并行处理，我们可以引入实时操作系统来解决这个问题。5、通讯技术的发展，本设计使用的通讯方式是RS232标准，使系统简洁、维护方便、价格低廉，但是现在的通讯方式发展是现场总线、以太网以及无线局域网技术和INTERNET技术，使系统的实时性、空间性更进一步提高。系统需要对此要做进一步的扩展。参考文献1潘贞存，陈青电能质量及其检测方法的研究M山东电力技术1997(5).2林海雪现代电能质量的基本问题J电网技术. 2001(10).3容健纲，张文亮电力系统谐波高电压技术M中国电力出版社.1994(4).4丁屹峰，浩忠电能质量检测技术现状及发展M中国电力出版社2004(7).5高

45、云鹏，滕召胜电能质量监测技术现状与发展方向J仪器仪表用户2004(4).6DUGAN R C，McGRANAGHAN M Fr Beaty 1th W_Electrical Power Systems QualityMNew York：McGrawHill，1 9967PSWright，PPickeringAn AC Voltage Based on a PWM DAC IEEE Trans on Instrum Meas 1999.8AAGirgis，JOiuTransient Measurement of the parameters of a Slowly Time·Varyi

46、ng High·Frequency Trans on Insuum Meas 1989.9Andrew Batenman，Lain Paterson英著，陈健，陈伟，汪书宁等译DSP算法、应用与设计M北京：机械工业出版社，200410应启珩，冯一云，窦维蓓离散时间信号分析和处理M北京：清华大学出版社，198511维纳·K·恩格尔，约翰·G·普罗克斯美数字信号处理使用MATLABM西安：西安交通大学出版社，200212丁玉美，高西全数字信号处理M，西安：西安电子科技大学出版社，200413JARRILLAGA，DABRADLEY，ESBODGFR

47、，容健纲，张文亮泽电力系统谐波M武昌：华中理工大学出版社，200414张涛，蒋静坪，张项安MATLAB与窗函数法结合设计FIR数字滤波器的研究J，华北科技学院学报2005.15李达义，陈乔夫，贾正春基于MATLAB中FFT函数的电力谐波分析方法J，电测与仪表，2002.16薛蕙，杨仁剐基于FFT的高精度谐波检测算法J中国电机工程学报，2002.致谢本论文是在刘老师的指导下顺利完成的。从课题的开始到现在，每次去见老师，老师都是花上整整三、四小时的时间给我们讲解，无论是论文写作过程中的指导还是修改，老师都倾注了大量的心血。刘老师孜孜不倦、精益求精的工作态度给我留下了深刻的印象，同时自己也受益匪浅。

48、在这里，我由衷的感谢他，同时祝福他在事业上取得更大的收获。在这即将毕业之季，我还要感谢同窗好友，感谢你们在学习和生活上给我的帮助和支持，有了你们的加入使我的生活更加丰富和充实。特别感谢我的家人和朋友，证是他们多年来在物质和精神上给我的支持和鼓励，使我能够顺利读完大学，我将在以后的工作、生活中不断进取，以更好的成绩作为回报。在这里，向他们表示最深切的谢意。附录程序一：ADC采样程序void InitAdc(void)   unsigned int i;      AdcRegs.ADCTRL1.bit.RESET=1;

49、0;asm(" RPT # 10 | NOP"); /等待12个周期，复位adc模块 AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCBGRFDN=3; for(i=0;i<10000;i+) asm(" NOP"); / 能带隙和参考电路上电 AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCPWDN=1; for(i=0;i<5000;i+) asm(" NOP");  / 内核内的模拟电路上电 AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCCL

50、KPS=15;  /核时钟分频器 AdcRegs.ADCTRL3.bit.SMODE_SEL=0;  /顺序采样模式  AdcRegs.ADCTRL1.bit.RESET=0; AdcRegs.ADCTRL1.bit.SUSMOD=3;/仿真挂起时，序列发生器和其他轮询程序逻辑立即停止 AdcRegs.ADCTRL1.bit.ACQ_PS=0; /控制SOC脉宽 AdcRegs.ADCTRL1.bit.CPS=0;  /内核时钟预分频 AdcRegs.ADCTRL1.bit.CONT_RUN=0

51、;  /启动停止模式到达EOS后序列发生器停止 AdcRegs.ADCTRL1.bit.SEQ_CASC=1;  /级联模式，SEQ1和SEQ2作为单个16状态序列发生器工作  AdcRegs.MAX_CONV.bit.MAX_CONV=0x0005;           AdcRegs.CHSELSEQ1.bit.CONV00=0x0;    AdcRegs.CHSELSEQ1.bit.CONV01=0x1;  &

52、#160; AdcRegs.CHSELSEQ1.bit.CONV02=0x2;    AdcRegs.CHSELSEQ1.bit.CONV03=0x3;        AdcRegs.CHSELSEQ2.bit.CONV04=0x4;    AdcRegs.CHSELSEQ2.bit.CONV05=0x5;   AdcRegs.ADCTRL2.bit.EVB_SOC_SEQ=0; AdcRegs.ADCTRL2.bit.RST_SEQ1=0;&#

53、160;AdcRegs.ADCTRL2.bit.INT_ENA_SEQ1=1; AdcRegs.ADCTRL2.bit.INT_MOD_SEQ1=0; AdcRegs.ADCTRL2.bit.EVA_SOC_SEQ1=1; AdcRegs.ADCTRL2.bit.EXT_SOC_SEQ1=0; AdcRegs.ADCTRL2.bit.RST_SEQ2=0; AdcRegs.ADCTRL2.bit.SOC_SEQ2=0; AdcRegs.ADCTRL2.bit.INT_ENA_SEQ2=0; AdcRegs.ADCTRL2.b

54、it.INT_MOD_SEQ2=0; AdcRegs.ADCTRL2.bit.EVB_SOC_SEQ2=0;/ AdcRegs.ADCTRL2.bit.SOC_SEQ1=1; /使能ADC中断 PieCtrl.PIEIER1.bit.INTx6=1; IER |= M_INT1;  AD.c文件：#include "DSP28_Device.h"unsigned int Send_Flag;unsigned int i;char *strg="abcd"float ad6=0,1,2,

55、3,4,5;float adclo=0.0;int ad_freq=0;void DelayNmSec(int N) unsigned int j; while(N-) for(j=0;j<65535;j+);interrupt void T2PINT_ISR(void)  length=5;  length-;  Tx=(unsigned char*)strg;         if(length>0) 

56、;   SciaRegs.SCITXBUF=*Tx+;  else         length=0;       EvaRegs.EVAIMRB.bit.T2PINT=1;/中断允许   EvaRegs.EVAIFRB.bit.T2PINT=1;/清除中断标志  PieCtrl.PIEACK.bit.ACK3=1;/向cpu申请中断   interrupt

57、 void AD_ISR(void)        ad_freq+;    if(ad_freq=6)     ad0=(AdcRegs.RESULT0>>4)*3)/4095.0+adclo;   ad1=(AdcRegs.RESULT1>>4)*3)/4095.0+adclo;   ad2=(AdcRegs.RESULT2>>4)*3)

58、/4095.0+adclo;   ad3=(AdcRegs.RESULT3>>4)*3)/4095.0+adclo;   ad4=(AdcRegs.RESULT4>>4)*3)/4095.0+adclo;   ad5=(AdcRegs.RESULT5>>4)*3)/4095.0+adclo;   ad_freq=0;     / Reinitialize for next ADC sequence  AdcRegs.ADCTRL2.bit.RST_SEQ1=1;  AdcRegs.ADC_ST_FLAG.bit.INT_SEQ1_CLR=1;  PieCtrl.PIEACK.bit.ACK1=1;void main(void) /*初始化系统*/ InitSysCtrl(); /*关中断*/ DINT