专利名称：一种单相电参数采集装置及对单相电信号分析处理的方法
技术领域：
本发明涉及一种数据采集装置及数据处理方法，具体地说是一种单相电参数采集装置及对单相电信号分析处理的方法。
背景技术：
随着电子技术的飞速发展，电能表的集成度越来越高，在单相多功能电表市场上，主要是电能计量芯片加微控制器的设计方案；但是，这种方案精度低，功能少，功能主要取决于电能芯片，微控制器不能进行复杂的数据处理，能计量的电参数也比较少 ，不具有谐波分析等功能，应用不灵活。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种单相电参数采集装置及对单相电信号分析处理的方法，其根据采集的信号能够直接计算出各种电参数，不但计算的电参数种类丰富，而且具备谐波分析功能。为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案一种单相电参数采集装置，其特征是，包括信号采集单元、信号调理电路、模数转换�？椤⒅骺氐ピ�、存储单元、通信单元和基准源电路单元，所述信号采集单元、信号调理电路和模数转换�？橐来瘟樱鲋骺氐ピ直鹩肽Ｊ荒？椤⒋娲⒌ピ�、通信单元和基准源电路单元连接；其中，信号采集单元用以采集单相电的信号并发送给信号调理电路，所述信号调理电路对采集的单相电信号进行初步调理处理，并将初步调理处理后的单相电信号发送给数模转换�？椋鍪Ｗ荒？榻杉降牡ハ嗟绲哪Ｄ庑藕抛晃中藕挪⒔ハ嗟绲氖中藕欧⑺透骺氐ピ鲋骺氐ピ越邮盏降牡ハ嗟缧藕沤蟹治龃恚扑愀髦值绮问⒔治龃砗蟮牡ハ嗟绮问üㄐ诺ピ⑺透衔换苯荽娲⒌酱娲⒌ピ凰龌荚吹缏返ピ靡晕骺氐ピ峁┮桓鲂藕挪杉幕嫉缪剐藕�。上述单相电参数采集装置中，所述信号采集单元包括电压互感器和电流互感器。上述单相电参数采集装置中，所述主控单元包括微控制器以及分别与之连接SPI接口、RS485 接口和 IIC 接口。上述单相电参数采集装置中，所述存储单元包括EEPROM存储器。一种对单相电信号进行分析处理的方法，其特征是，包括以下过程系统初始化；对采样数据进行处理，计算单相电参数； 上传单相电参数数据；数据存储。上述对单相电进行分析处理的方法中，还包括采样中断过程，所述采样中断过程包括以下过程判断是否到达一个采样周期，如果是，则计算单相电参数，然后结束采样中断过程；如果不是，则直接结束采样中断过程。
上述对单相电进行分析处理的方法中，还包括通信中断过程，所述通信中断过程包括以下过程是否中断指令，如果没有，则结束通信中断过程；如果有中断指令，则根据指令进行相关操作，如果是设置参数指令，则对�？椴问猩柚茫绻嵌寥∈葜噶睿蚍祷夭杉牡ハ嗟绮问�。上述对单相电进行分析处理的方法中，还包括定时中断过程，所述定时中断过程包括以下过程是否进行定时中断，如果是，则对累加数据进行累加，并将最新的累加数据存储到存储单元，然后结束定时中断过程；如果否，则直接结束定时中断过程。上述对单相电进行分析处理的方法中，所述数据处理过程包括以下过程采集多个周期的单相电的电压、电流瞬时值；通过数字积分公式计算单相电的电压平均值、电流平均值、电压有效值、周波、功率因素、有功功率、无功功率、视在功率等电参数；通过功率值和累积的时间计算出正向有功总电能，反向有功总电能，正向无功总电能，反向无功总电能； 对电压、电流瞬时值做傅里叶变换，将时域信号转换到频域分析单相电压各次谐波及总畸变率，单相电流各次谐波及总畸变率。本发明的有益效果是，本发明采用了 A/D转换芯片加微处理器，微处理器根据采集的信号能够直接计算出各种电参数，不但计算的电参数种类丰富，而且具备谐波分析功能。本发明能够进行复杂的数据处理，不仅完成更多的电参数测量，且测量精度高，而且装置体积小、设置简便。
图I是本发明的原理框图；图2是本发明所述微控制器的电原理图；图3是本实用所述基准源电路单元的电原理图；图4是本发明所述信号采集单元、信号调理电路和数模转换�？榈牡缭硗迹煌�5是本发明所述存储单元的电原理图；图6是本发明所述通信单的元电原理图；图7是本发明的方法流程图；图8是本发明所述采样中断过程的流程图；图9是本发明所述通信中断过程的流程图；图10是本发明所述定时中断过程的流程图。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述如图I所示，本发明的一种单相电参数采集装置，其特征是，包括信号采集单元、信号调理电路、模数转换�？�、主控单元、存储单元、通信单元和基准源电路单元，所述主控单元包括微控制器以及分别与之连接SPI接口、RS485接口和IIC接口 ；所述信号采集单元、信号调理电路和模数转换�？橐来瘟樱凰鑫⒖刂破鞣直鹜ü齋PI接口与模数转换�？榱�、通过IIC接口与存储单元连接、通过RS485接口与通信单元连接；所述基准源电路单元与微控制器连接；所述存储单元包括EEPROM存储器；其中，信号采集单元用以采集单相电的信号并发送给信号调理电路，所述信号调理电路对采集的单相电信号进行初步调理处理，并将初步调理处理后的单相电信号发送给数模转换�？椋鍪Ｗ荒？榻杉降牡ハ嗟绲哪Ｄ庑藕抛晃中藕挪⒔ハ嗟绲氖中藕欧⑺透骺氐ピ鲋骺氐ピ越邮盏降牡ハ嗟缧藕沤蟹治龃恚扑愀髦值绮问⒔治龃砗蟮牡ハ嗟绮问üㄐ诺ピ⑺透衔换苯荽娲⒌酱娲⒌ピ凰龌荚吹缏返ピ靡晕骺氐ピ峁┮桓鲂藕挪杉幕嫉缪剐藕拧Ｍ�2是本发明所述微控制器的电原理图。如图2所示，所述微控制器U3采用的32位ARM芯片STM32F103，运算速度快，性价比高，并提供丰富的常用外设接口。内部具备2个12位的逐次比较型模数转换器，有多达16个通道，Iii S转换时间，可使用DMA操作。图3是本实用所述基准源电路单元的电原理图。如图3所示，所述基准源电路单元
主要由一片TL431基准芯片组成，TL431是一个具有良好热稳定性能的三端可调分流基准源，它的输出电压用两个电阻就可以任意设置到2. 5V基准电压，应用在各种电源电路中。图4是本发明所述信号采集单元、信号调理电路和数模转换模块的电原理图。如图4所示，所述信号采集单元包括电压互感器和电流互感器；电压互感器T8通过R29将采集的电压信号调理成为小电压信号，由R30采样电阻采样，经R32、R33组成的钳位电路钳位发送给主控制器。电流互感器17将采集的电流信号调理成为小电流信号，由R31采样电阻采样，经R34、R35组成的钳位电路钳位发送给主控制器。图5是本发明所述存储单元的电原理图。如图5所示，所述数据存储单元主要由一片EEPROM组成，将系统运行的保护数据实时保存，完成一些累积参数的累积功能。图6是本发明所述通信单的元电原理图。如图6所示，所述通信单元主要由一片SP485芯片组成，R22、R23、D4、D5共同组成485接口防浪涌保护电路，提高电路的可靠性。图7是本发明的方法流程图。如图7所示，一种对三相电信号进行分析处理的方法，包括以下步骤工作开始。系统初始化微控制器初始化外设电路，读取EEPROM中的保护数据，恢复掉电数据，初始化累积数据等。数据处理对采样数据进行处理，并计算三相电参数。上传数据定时或者根据上位机的指令,上传三相电参数数据。数据存储定时将需要累积的数据更新到外部掉电数据存储单元中。采样中断进行采样中断事件处理。通信中断进行通断中断事件处理。定时中断进行采样中断事件处理。返回输出处理步骤，进行循环操作。图8是本发明所述采样中断过程的流程图。如图8所示，所述采样中断过程包括以下过程判断是否到达一个采样周期，如果是，则计算三相电参数，然后结束采样中断过程；如果不是，则直接结束采样中断过程。图9是本发明所述通信中断过程的流程图。如图9所示，所述通信中断过程包括以下过程是否中断指令，如果没有，则结束通信中断过程；如果有中断指令，则根据指令进行相关操作，如果是设置参数指令，则对�？椴问猩柚茫绻嵌寥∈葜噶睿蚍祷夭杉娜嗟绮问Ｍ�10是本发明所述定时中断过程的流程图。如图10所示，所述定时中断过程包括以下过程是否进行定时中断，如果是，则对累加数据进行累加，并将最新的累加数据存储到存储单元，然后结束定时中断过程；如果否，则直接结束定时中断过程。本发明所述数据处理过程包括以下过程采集多个周期的单相电的电压、电流瞬时值；通过数字积分公式计算单相电的电压平均值、电流平均值、电压有效值、周波、功率因素、有功功率、无功功率、视在功率等电参数；通过功率值和累积的时间计算出正向有 功总电能，反向有功总电能，正向无功总电能，反向无功总电能；对电压、电流瞬时值做傅里叶变换，将时域信号转换到频域分析单相电压各次谐波及总畸变率，单相电流各次谐波及总畸变率。本发明测量计算的参数设计了电压瞬时值、电流瞬时值、电压平均值、电流平均值、电压有效值、周波、功率因素、有功功率、无功功率、视在功率、正向有功电能、反向有功电能、正向无功电能、反向无功电能，电压各次谐波及畸变率，电流各次谐波及畸变率等。三相相电压、线电压，三相相电压平均值，三相线电压平均值，三相不平衡电压，三相电压不平衡度，三相电流值，三相不平衡电流，三项电流不平衡度，周波，功率因素，三相有功功率，三相无功功率，三相视在功率，正向有功总电能，反向有功总电能，正向无功总电能，反向无功总电能，三相电压各次谐波及总畸变率，三相电流各次谐波及总畸变率等。因此，本发明测量计算参数丰富，可以达到高精度测量计算，不仅设置简便，成本低廉，而且满足了多种应用场合。
权利要求
1.ー种单相电參数采集装置，其特征是，包括信号采集单元、信号调理电路、模数转换�？�、主控单元、存储单元、通信単元和基准源电路单元，所述信号采集单元、信号调理电路和模数转换�？橐来瘟樱鲋骺貐g元分别与模数转换�？�、存储単元、通信単元和基准源电路单元连接；其中，信号采集单元用以采集单相电的信号并发送给信号调理电路，所述信号调理电路对采集的单相电信号进行初步调理处理，并将初步调理处理后的单相电信号发送给数模转换�？椋鍪Ｗ荒？榻杉降牡ハ嗟绲哪Ｄ庑藕抛晃中藕挪⒔ハ嗟绲氖中藕欧⑺透骺氐ピ鲋骺貐g元对接收到的单相电信号进行分析处理，计算各种电參数，并将分析处理后的単相电參数通过通信単元发送给上位机，同时将数据存储到存储单元；所述基准源电路单元用以为主控单元提供ー个信号采集的基准电压信号。
2.根据权利要求I所述的ー种单相电參数采集装置，其特征是，所述信号采集单元包括电压互感器和电流互感器。
3.根据权利要求I所述的ー种单相电參数采集装置，其特征是，所述主控単元包括微控制器以及分别与之连接SPI接ロ、RS485接口和IIC接ロ。
4.根据权利要求I所述的ー种单相电參数采集装置，其特征是，所述存储単元包括EEPROM存储器。
5.根据权利要求I所述的ー种对单相电信号进行分析处理的方法，其特征是，包括以下过程 系统初始化； 对采样数据进行处理，计算単相电參数； 上传单相电參数数据； 数据存储。
6.根据权利要求5所述的ー种对单相电信号进行分析处理的方法，其特征是，还包括采样中断过程，所述采样中断过程包括以下过程判断是否到达ー个采样周期，如果是，则计算单相电參数，然后结束采样中断过程；如果不是，则直接结束采样中断过程。
7.根据权利要求5所述的ー种对单相电信号进行分析处理的方法，其特征是，还包括通信中断过程，所述通信中断过程包括以下过程是否中断指令，如果没有，则结束通信中断过程；如果有中断指令，则根据指令进行相关操作，如果是设置參数指令，则对�？閰⑹猩柚茫绻嵌寥∈葜噶睿蚍祷夭杉膮g相电參数。
8.根据权利要求5所述的ー种对单相电信号进行分析处理的方法，其特征是，还包括定时中断过程，所述定时中断过程包括以下过程是否进行定时中断，如果是，则对累加数据进行累加，并将最新的累加数据存储到存储单元，然后结束定时中断过程；如果否，则直接结束定时中断过程。
9.根据权利要求5所述的ー种对单相电信号进行分析处理的方法，其特征是，所述数据处理过程包括以下过程 采集多个周期的单相电的电压、电流瞬时值； 通过数字积分公式计算单相电的电压平均值、电流平均值、电压有效值、周波、功率因素、有功功率、无功功率、视在功率等电參数；通过功率值和累积的时间计算出正向有功总电能，反向有功总电能，正向无功总电能，反向无功总电能；对电压、电流 瞬时值做傅里叶变换，将时域信号转换到频域分析単相电压各次谐波及总畸变率，単相电流各次谐波及总畸变率。
全文摘要
本发明公开了一种单相电参数采集�？椋荚谔峁┮恢中√寤呔龋δ苋峁辜虻ィ杀镜土牡ハ嗟绮问杉？椤Ｋㄐ藕挪杉ピ⑿藕诺骼淼缏�、模数转换�？�、主控单元、存储单元、通信单元和基准源电路单元。本发明还提供了一种对单相电信号进行分析处理的方法，包括以下过程系统初始化；对采样数据进行处理，计算单相电参数；上传单相电参数数据；数据存储。本发明采用了A/D转换芯片加微处理器，微处理器根据采集的信号能够直接计算出各种电参数，不但计算的电参数种类丰富，而且具备谐波分析功能。本发明能够进行复杂的数据处理，不仅完成更多的电参数测量,且测量精度高，而且装置体积小、设置简便。
文档编号G01R22/06GK102735921SQ201210222598
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月30日 优先权日2012年6月30日
发明者李钢 申请人:李钢
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
