基于交流采样的电网电压智能监测仪的设计

2010-03-25 17:07:36来源: 刘军,陈静

  1 引言
  
  电力系统中电网电压的测量与监控影响电网系统调节和自动化管理。为实时监控电网电压,采用由微处理器控制的数字式测量仪表。在数字式测量初期,电网电压测量大多采用整流后的直流量,但其测量精度直接受整流电路影响;整流电路参数调整困难,受波形因素影响较大;而交流采样是按照一定规律采集被测信号的瞬时值,再用一定的数值计算法求得被测量的值。交流采样取决于测量精度和测量速度。这里介绍一种基于交流采样的电网电压智能监测硬件和软件设计,可直观准确地反映电力系统的电能质量。
  
  2 系统硬件设计
  
  2.1 系统硬件构架
  
  系统硬件电路由3部分组成:数据采集、单片机系统和接口,硬件框图如图1所示。


  
  被测三相电压分别加到取样电路的输入端,信号按比例变换后,再经阻抗匹配网络,由16选1多路模拟开关,采样保持电路加到A/D转换的输入端。A/D转换后的数据经锁存后输入MCU,再由运算判断被测电压是否合格。同时,可将测量结果计入存储器件。MCU通过对时钟的操作,可实时将时间及测量结果显示在VFD上,通过键盘调整时钟。因系统中有存储器件,可将历史数据调出,在VFD显示。可将测量仪通过PC机接口与微机连接,在微机上集中操作、监控仪表。
  
  2.2 系统电路设计
  
  该仪表设计测量范围为90~110 V,因此峰值电压为通过匹配网络,峰值电压变为所以,选取耦合线圈的初级与次级比为12:1,匹配网络的输出电压则为-10~+10 V。
  
  采用轮询方式设计,选用模拟多路开关器件CD4067B,分别选通3路被测电压,通过同一测量电路分别测量3路。CD40-67B的输入阻抗为50 Ω,其输入端必须加匹配网络。该器件输入VP-P最大值为20 V,最大延迟时间60 ns。采样保持电路采用LF398,该器件输入VP-P最大值36V,满足测量需求。A/D转换器采用AD574A,该器件输入电压为+10  V,采样位数为12位。采样数据选用带符号的二进制表示,最高位为符号位,后11位为数据位,采样速度达35μs。AD574A可调节参考电压,提高测量精度。经A/D转换后的数据经74LS374锁存后输入MCU进行计算。MCU选用AT89C51,内带4KB片内ROM,时钟选用11.0592 MHz,可满足计算需求。
  
  时间参数采用HI1380串行时钟记录,该器件是带有秒、分、时、月、年的串行时钟保持器件,通过MCU操作该器件,可正确获取时间参数,用来统计电压信息。电压的统计信息保存在存储器件内,方便调阅历史信息。仪表使用24C64器件保存信息,该器件通过I2C总线完成操作,其容量为64 KB,可满足记录两个月历史信息的需求。
  
  显示部分使用16T202DAJ型VFD模块,该模块可用于字符操作,适合于仪表显示。数据线选择4位操作方式,通过MCU控制显示时间、电压信息及历史信息。通过3个按键对MCU操作,可完成修改时间、调用历史信息等操作。
  
  接口使用SP490器件构建,该器件为全双工的RS-485电平收发器,通过与MCU的串口连接,可被PC机操作,从而实现仪表的远程操作、集中监控等功能。

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关键字:电网电压  测量  智能监测仪  交流

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2010/0325/article_1115.html
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