专利名称：一种可提供分频动态波形的电力信号源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力信号源，尤其是涉及一种可提供分频动态波形的电力信号源。
背景技术：
伴随着国家工业化的进一步发展，电子、电力设备的投入逐年增加，尤其近年来国家电力基础建设的大规模改造和提升，国家电网的负荷成指数倍增加，电网污染日益严重， 对电网运行的可靠性以及电子产品使用的安全性产生了极大的影响，故此针对电网质量的监视、测量、计量和管理任务也日益受到重视。目前对电网质量的监视、测量、计量和管理任务主要是通过专业的检测设备实现的，但这种传统的设备购置、检测建立方式成本高、效率低，不能符合国家工业化发展建设的需求。考虑到，目前全国每年电能表产量约2亿，以谐波电能表占洲计，累计数年已近一千万之多，其覆盖到了全国各大中城市，而这批急于投入使用的电能表，因无切实可行的检测手段，难以溯源，部分只能作监视仪表使用，仅局限于传统的电能计费任务，尤其是具有先进的计算能力的谐波电能表，电能表这样的简单利用造成了严重的资源浪费。造成如此现象的根本原因，就是常规的电能表检定装置，无法提供分频动态波形信号，也就无法对谐波电能表在各谐波状态下的计量进行检定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种可提供分频动态波形的电力信号源。上述技术问题，是通过以下技术措施解决的
一种可提供分频动态波形的电力信号源，其特征是，包括 单片机�？�1，其内包含有独立时钟单元，用于控制及输出波形工作频率； 波形数据存储�？�2，为双端并口 RAM，用于缓存单片机�？�1输出的波形相位信息； 锁相环扫描�？�3，包括有锁相环芯片和CPLD芯片，用于控制输出波形频率和相位信息合成；
幅值数模转换�？�4，为第一 16位并口 D/A转换器，用于将数字输出波形信息转换成模拟输出波形信号；
波形数模转换�？�5，第二 16位并口 D/A转换器，用于将数字输出波形信息转换成模拟输出波形信号；
波形输出运算放大器6，用于放大模拟输出信号； 电压基准�？�7，用于输出基准电压； 通信接口�？�8，用于收发控制信号； 幅值输出运放�？�9，用于放大模拟输出信号；
所述的单片机�？�1通过通信接口模块8接收和反馈控制信号，输出波形的数据、地址信号至所述的双端并口的波形数据存储�？�2的数据口和地址口 ；输出波形的幅值信号至所述的幅值数模转换�？�4的入口端数据口，独立时钟单元输出标准时钟信号至所述的锁相环扫描�？�3的锁相环芯片；
所述的幅值数模转换�？�4的REF 口输入所述的电压基准模块7输出的基准电压，输出幅值信号至幅值输出运放�？�9 ；
所述的锁相环扫描模块3的CPLD芯片输出地址扫描信号至所述的波形数据存储�？� 2的出口端地址口；
所述的波形数据存储�？�2的出口端数据输出口输出至所述的波形数模转换�？�5的数据口，所述的波形数模转换�？�5的REF 口输入幅值输出运放�？�9的输出，所述的波形输出运算放大器6输入波形数模转换�？�5的输出波形信号、最后输出分频动态波形。在上述基础上，本发明还可以做进一步的改进
为了输出滑波波形信号，还包括用于输出指数波形信号的数字电位器10和用于叠加正弦波信号和指数波形信号的加法器11 ；所述的数字电位器10连接在所述幅值输出运算放大器9的输出端与电压参考端(接地)之间，数字电位器10的控制端连接到所述单片机模块的相应端口，数字电位器的中心抽头和所述波形输出运算放大器6的输出端分别通过第一电阻和第二电阻连接到加法器的同相输入端，加法器11的输出端为电力信号源的波形输出端。本发明的电力信号源采用高速单片机、双端口并口存储器和数模转换器的结构实现，以数字处理模拟输出的方式，依据实际需要能提供多种多样的分频动态波形信号；
本发明的有益效果如下
本发明的可提供分频动态波形的电力信号源，能够提供分频动态波形的电力信号，对谐波电能表在各谐波状态下的计量进行检定，使得谐波电能表能够得以承担电网质量的监视、测量、计量和管理任务，极大的节约了国家资源。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明 图1为本发明电力信号源实施例一的电路原理框图2为图1所示电力信号源实施例输出半波/触发波形的信号流程图； 图3为图1所示电力信号源实施例输出冲击正弦波波形的信号流程图； 图4为实施例二的输出滑波波形的信号流程图。
具体实施例方式图1示出了本发明电力信号源的实施例一，包括单片机�？�1，其内包含有独立时钟单元，用于控制及输出波形工作频率；波形数据存储�？�2，为双端并口 RAM，用于缓存单片机模块1输出的波形相位信息；锁相环扫描�？�3，包括有锁相环芯片和CPLD芯片，用于控制输出波形频率和相位信息合成；幅值数模转换模块4，为第一 16位并口 D/A转换器，用于将数字输出波形信息转换成模拟输出波形信号；波形数模转换�？�5，第二 16位并口 D/A 转换器，用于将数字输出波形信息转换成模拟输出波形信号；波形输出运算放大器6，用于放大模拟输出信号；电压基准�？�7，用于输出基准电压；通信接口�？�8，用于收发控制信号；幅值输出运放�？�9，用于放大模拟输出信号。
单片机�？�1通过通信接口�？�8接收和反馈控制信号，输出波形的数据、地址信号至所述的双端并口的波形数据存储�？�2的数据口和地址口 ；输出波形的幅值信号至所述的幅值数模转换�？�4的入口端数据口，独立时钟单元输出标准时钟信号至锁相环扫描�？�3的锁相环芯片；幅值数模转换模块4的REF 口输入电压基准�？�7输出的基准电压、 输出幅值信号至幅值输出运放�？�9 ；锁相环扫描�？�3的CPLD芯片输出地址扫描信号至波形数据存储模块2的出口端地址口 ；波形数据存储�？�2的出口端数据输出口输出至波形数模转换�？�5的数据口，波形数模转换�？�5的REF 口输入幅值输出运放�？�9的输出，波形输出运算放大器6输入波形数模转换模块5的输出波形信号、最后输出分频动态波形。单片机�？�1包括高速单片机、独立时钟单元、外部晶振和定时器，独立时钟单元、外部晶振和定时器连接到高速单片机的相应端口。独立时钟单元用于产生电力信号源的基准频率，并不占用单片机运行时间和存储空间。外部晶振采用频率为22. 118400M的晶振，这是一个较为折衷的方案，既保证了系统的速度，又保证了系统的稳定性。定时器为十六位、四机器周期的定时器，用于电力信号源输出信号的频率控制。由于电平信号转脉冲信号相当于二分频，因而本实施例电力信号源的实际分频系数为11059200Hz (晶振频率)/4 (机器周期)/2(分频)/50Hz (目标值)=55四6 (分频系数)。此值小于65536，符合十六位定时器的工作要求。则本实施例电力信号源的频率调节细度为50Hz/55296，优于 50Hz/50000 = 0. OOlHz。波形数据存储模块2采用双端并口存储器，用于存储一个周期的高分辨率全波波形信号，确定输出波形的相位，可重复写入。其存储空间分配为水平分辨率72000，即每个基波信号周期分为72000点，相应的相位调节细度为360度/72000=0. 005度；垂直分辨率为 65536，这样的分辨率已经可以满足较小的失真要求。电压基准�？�7采用型号为LM399的高稳定度精密电压基准，其稳定度为20PPM， 用于提供基准电压。所述幅值数模转换模块4采用十六位D/A转换器，用于波形信号幅值数据的数模转换。因此，本实施例电力信号源的幅值调节细度为=1/65536X100%优于 1/50000X100% = 0. 002%。锁相环扫描�？�3包括锁相环芯片、CPLD芯片以及外部电路，锁相环芯片连接单片机�？�1中的独立时钟单元，CPLD芯片连接波形数据存储�？�2的地址B端口。波形数模转换�？�5采用十六位D/A转换器，用于波形信号波形数据的数模转换。运放�？榘ㄖ辽俣龆懒⒌脑怂惴糯笃�。通信接口�？�8采用RS232通信接口。本实施例电力信号源的工作原理为
单片机模块1内部存放高分辨率的1/4周期基波波形，根据实际输出波形要求，内部查表，将其全波波形直接映射到波形数据存储�？�2中。单片机�？�1中的独立时钟单元输出50Hz基准频率脉冲，起动高速锁相环扫描�？楣ぷ鳎嗷飞枘？�3中的CPLD复杂可编程逻辑器件，既做倍频器，同时输出地址扫描线，对波形数据存储�？�2扫描，将波形数据输出到波形数模转换�？�5，再通过波形输出运算放大器6，输出符合要求的模拟波形。以下结合图2 3说明上述实施例的电力信号源输出2种特殊动态波形的工作过程
如图2所示，为上述实施例的电力信号源输出半波/触发波形的信号流程图。因一个
5完整的基波波形，可分为4个象限，每个象限占用1/4周期，单片机模块1将其一个周期的正弦波映射到波形数据存储�？�2中，则将波形数据存储�？�2的存储区域划为四等份，分别设为A、B、C、D，则其分别对应正弦波的4个象限。当通信接口�？�8向单片机�？�1输入要求电力信号源输出半波波形的指令时，单片机�？�1将存放波形的波形数据存储�？� 2的C、D区域写入数据“0”，则经锁相环扫描�？�3扫描输出的波形即为半波，再经过波形数模转换�？�5和波形输出运算放大器6，输出符合要求的模拟半波信号。同理，当通信接口�？�8向单片机模块1输入要求电力信号源输出相位触发波形的指令时，单片机�？�1 只需将波形数据存储�？�2的A、C区域写入数据“0”即可。如图3所示，为上述实施例的电力信号源输出冲击正弦波波形的信号流程图。因冲击正弦波的特点在于正弦波的幅值随时间在Λ与FiXrt之间变化，依据这一特点，当通信接口�？�8向单片机�？�1输入要求电力信号源输出冲击正弦波波形的指令时，单片机�？�1中的定时器以标准50Hz脉冲周期为最小计时单位，根据要求设定冲击正弦波变化的时间间隔，切换幅值数模转换�？�4的输入数据，它的输出，通过幅值输出运算放大器输入波形数模转换�？�5，为波形数模转换�？�5提供基准输入，这个基准的改变， 会直接影响到输出正弦波幅值得变化，从而输出冲击正弦波波形。上述幅值数模转换�？�4输入数据的切换时间，由于本实施例电力信号源是采用高速单片机和并口 D/A转换器，基本可忽略。在汇编语言中，切换约14条指令，每条约4个机器周期，则切换时间 4X14/22. 1184Μ=2. 5μ S，而正弦波周期为20mS，所以切换时间占一个正弦波周期的比例为2. 5mS/20mSX 100%= 0.0125%，本实施例电力信号源输出冲击正弦波波形的结果令人满意。如图4所示，为本发明的实施例二，在实施例一的基础上，还包括用于输出指数波形信号的数字电位器10和用于叠加正弦波信号和指数波形信号的加法器11 ；数字电位器 10连接在幅值输出运算放大器9的输出端与电压参考端(接地)之间，数字电位器10的控制端连接到单片机�？榈南嘤Χ丝冢值缥黄鞯闹行某橥泛筒ㄐ问涑鲈怂惴糯笃�6的输出端分别通过第一电阻和第二电阻连接到加法器的同相输入端，加法器11的输出端为电力信号源的波形输出端。图4为电力信号源输出滑波波形的信号流程图。因滑波波形的实质是一个基波波形，叠加一个e_at的直流信号而得到的。所以，当通信接口�？�8向单片机�？�1输入要求电力信号源输出滑波波形的指令时，在单片机�？�1中的高速单片机内预设了 e_at随时间(1 7个正弦波周期)变化的幅值数据表格，单片机�？�1中的十六位定时器采用中断方式，依次将表格中的数据写入数字电位器，数字电位器的中心抽头即输出e_at波形信号，该波形信号与波形输出运算放大器6输出的正弦波波形信号通过加法器叠加输出滑波波形。因数字电位器采用内部100抽头的规格，所以其变化细度足以满足滑波波形变化的细度要求，本实施例的电力信号源能输出令人满意的滑波波形。
权利要求
1.一种可提供分频动态波形的电力信号源，其特征是包括单片机�？�(1 )，其内包含有独立时钟单元，用于控制及输出波形工作频率； 波形数据存储�？�(2)，为双端并口 RAM，用于缓存单片机模块(1)输出的波形、相位信息；锁相环扫描�？�(3)，包括有锁相环芯片和CPLD芯片，用于控制输出波形频率和相位信息合成；幅值数模转换�？�(4)，为第一 16位并口 D/A转换器，用于将数字输出波形的幅值信息转换成模拟输出波形信号；波形数模转换模块(5)，第二 16位并口 D/A转换器，用于将数字输出波形的波形、相位信息转换成模拟输出波形信号；波形输出运算放大器(6)，用于放大模拟输出信号； 电压基准�？�(7)，用于输出基准电压； 通信接口�？�(8)，用于收发控制信号； 幅值输出运放�？�(9)，用于放大模拟输出信号；所述的单片机�？�(1)通过通信接口�？�(8)接收和反馈控制信号，输出波形的数据、 地址信号至所述的双端并口的波形数据存储�？�(2)的数据口和地址口 ；输出波形的幅值信号至所述的幅值数模转换�？�(4)的入口端数据口，独立时钟单元输出标准时钟信号至所述的锁相环扫描�？�(3)的锁相环芯片；所述的幅值数模转换�？�(4)的REF 口输入所述的电压基准�？�(7)输出的基准电压、 输出幅值信号至幅值输出运放�？�(9)；所述的锁相环扫描�？�(3)的CPLD芯片输出地址扫描信号至所述的波形数据存储模块(2)的出口端地址口 ；所述的波形数据存储模块(2)的出口端数据输出口输出至所述的波形数模转换模块 (5)的数据口，所述的波形数模转换�？�(5)的REF 口输入幅值输出运放�？�(9)的输出， 所述的波形输出运算放大器(6)输入波形数模转换模块(5)的输出波形信号、最后输出分频动态波形。
2.根据权利要求1所述的可提供分频动态波形的电力信号源，其特征是还包括用于输出指数波形信号的数字电位器(10)和用于叠加正弦波信号和指数波形信号的加法器 (11);所述的数字电位器(10)连接在所述幅值输出运算放大器9的输出端与电压参考端 (接地)之间，数字电位器(10)的控制端连接到所述单片机�？榈南嘤Χ丝冢值缥黄鞯闹行某橥泛退霾ㄐ问涑鲈怂惴糯笃�(6)的输出端分别通过第一电阻和第二电阻连接到加法器的同相输入端，加法器(11)的输出端为电力信号源的波形输出端。
全文摘要
本发明公开了一种可提供分频动态波形的电力信号源，包括用于接收电力信号源工作状态控制信号的通信接口模块；连接通信接口�？椋糜诳刂频缌π藕旁垂ぷ髯刺褪涑霾ㄐ喂ぷ髌德实牡テ？椋涣拥テ？椋糜诨捍娴缌π藕旁词涑霾ㄐ�、相位信息的波形数据存储模块；连接在单片机�？橛氩ㄐ问荽娲⒛？橹洌糜诳刂剖涑霾ㄐ纹德屎拖辔恍畔⒑铣傻乃嗷飞枘？椋涣硬ㄐ问荽娲⒛？椋糜诮质涑霾ㄐ涡畔⒆怀赡Ｄ馐涑霾ㄐ涡藕诺牟ㄐ问Ｗ荒？椋灰约傲硬ㄐ问Ｗ荒？椋糜诜糯竽Ｄ馐涑瞿Ｐ托藕诺牟ㄐ问涑鲈怂惴糯笃鳎徊捎蒙鲜龅缌π藕旁醇於ǖ牡缒鼙砟芄怀械５缤柿康募嗍�、管理和电能的测量、计量任务。
文档编号G01R35/04GK102507994SQ20111034976
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者吴伟宗, 周克西, 孙卫明, 肖勇, 赵伟, 陈锐民 申请人:广东电网公司电力科学研究院
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