专利名称：一种三相电参数采集装置及对三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，具体地说是一种三相电参数采集装置及对三相电信号分析处理的方法。
背景技术：
三相多功能电能表是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的，它能测量所有的常用电力参数，如三相电流、电压，有功、无功功率，电度、谐波
坐寸o
随着电子技术的飞速发展，电能表的集成度越来越高。现在的三相多功能电表主要是采用电能计量芯片加微控制器结构，这种方案所有的电参数都是由电能计量芯片自行分析，虽然降低了对微控制器处理数据的要求，但是计算的电参数种类，完全取决于电能计量芯片的功能，往往不能全面的分析电参数，更不具备谐波分析功能，同时受A/D位数和A/D采样和转换时间的限制，测量精度不高，应用不灵活。

发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种三相电参数采集装置及对三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三相电参数采集装置，其特征是，包括信号采集单元、信号调理电路、模数转换模块、主控单元、存储单元和通信单元，所述信号采集单元、信号调理电路和模数转换模块依次连接，所述主控单元分别与模数转换模块、存储单元和通信单元连接；其中，信号采集单元用以采集三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三相电信号进行初步调理处理，并将初步调理处理后的三相电信号发送给数模转换模块，所述数模转换模块将采集到的三相电的模拟信号转换为数字信号并将三相电的数字信号发送给主控单元，所述主控单元对接收到的三相电信号进行分析处理，计算各种电参数，并将分析处理后的三相电参数通过通信单元发送给上位机，同时将数据存储到存储单元。上述三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。上述三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。上述三相电参数采集装置中，所述存储单元包括EEPROM存储器。上述三相电参数采集装置中，所述模数转换模块包括16位6通道同步采样模数转换芯片。一种对三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，计算三相电参数；
上传三相电参数数据；数据存储。上述对三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。上述对三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，则对模块参数进行设置，如果是读取数据指令，贝IJ返回采集的三相电参数。上述对三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。上述对三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三相电压、电流瞬时值；通过数字积分公式计算三相相电压、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，三相无功功率和三相视在功率等电参数； 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。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；图4是本发明所述存储单元的电原理图；图5是本发明所述通信单的元电原理图；图6是本发明的方法流程图；图7是本发明所述采样中断过程的流程图；图8是本发明所述通信中断过程的流程图；图9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至图5所示，本发明的一种三相电参数采集装置，包括信号采集单元、信号调理电路、模数转换模块、主控单元、存储单元和通信单元。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模块依次连接，所述微控制器分别通过SPI接口与模数转换模块连接、通过IIC接口与存储单元连接、通过RS485接口与通信单元连接，所述存储单元包括EEPROM存储器；其中，信号采集单元用以采集三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三相电信号进行初步调理处理，并将初步调理处理后的三相电信号发送给数模转换模块，所述数模转换模块将采集到的三相电的模拟信号转换为数字信号并将三相电的数字信号发送给微控制器，所述微控制器对接收到的三相电信号进行分析处理，并将分析处理后的三相电参数通过通信单元发送给上位机，同时将数据存储到EEPROM存储器。图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。图3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3所示，所述信号采集单元包括电压互感器和电流互感器，Tl、T3、T5电流互感器和T2、T4、T6电压互感器产生的信号经过信号调理电路进行调理后发送给数模转换模块，数模转换模块将采集到的三相电的模拟信号转换为数字信号并发送给微控制器。其中数模转换模块U4为一片高速模数转换芯片CS5451，该芯片集成了 6个A-2 A/D转换器、滤波器和一个与微控制器相联接的串行接口，分辨率为16位，为高精度计算提供了保障。图4是本发明所述存储单元的电原理图。如图4所示，所述存储单元为外部掉电数据存储单元，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5是本发明所诉通信单元的电原理图。如图5所示，通信单元为485通信电路部分，该部分主要由一片SP485芯片组成，R22、R23、D4、D5共同组成485接口防浪涌保护电路，提闻电路的可罪性。图6是本发明的方法流程图。如图6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7是本发明所述采样中断过程的流程图。如图7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8是本发明所述通信中断过程的流程图。如图8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，则对模块参数进行设置，如果是读取数据指令，则返回采集的三相电参数。图9是本发明所述定时中断过程的流程图。如图9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三相电压、电流瞬时值；通过数字积分公式计算三相相电压、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，三相无功功率和三相视在功率等电参数；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。本发明测量计算的参数涉及了三相相电压、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
1.一种三相电参数采集装置，其特征是，包括信号采集单元、信号调理电路、模数转换模块、主控单元、存储单元和通信单元，所述信号采集单元、信号调理电路和模数转换模块依次连接，所述主控单元分别与模数转换模块、存储单元和通信单元连接；其中，信号采集单元用以采集三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三相电信号进行初步调理处理，并将初步调理处理后的三相电信号发送给数模转换模块，所述数模转换模块将采集到的三相电的模拟信号转换为数字信号并将三相电的数字信号发送给主控单元，所述主控单元对接收到的三相电信号进行分析处理，计算各种电参数，并将分析处理后的三相电参数通过通信单元发送给上位机，同时将数据存储到存储单元。
2.根据权利要求I所述的一种三相电参数采集装置，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所述的一种三相电参数采集装置，其特征是，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。
4.根据权利要求I所述的一种三相电参数采集装置，其特征是，所述存储单元包括 EEPROM存储器。
5.根据权利要求I所述的一种三相电参数采集装置，其特征是，所述模数转换模块包括16位6通道同步采样模数转换芯片。
6.根据权利要求I所述的一种对三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，计算三相电参数； 上传三相电参数数据； 数据存储。
7.根据权利要求6所述的一种对三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。
8.根据权利要求6所述的一种对三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，如果是设置参数指令，则对模块参数进行设置，如果是读取数据指令，则返回采集的三相电参数。
9.根据权利要求6所述的一种对三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。
10.根据权利要求6所述的一种对三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 采集多个周期的三相电压、电流瞬时值； 通过数字积分公式计算三相相电压、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，三相无功功率和三相视在功率等电参数；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。
全文摘要
本发明公开了一种三相电参数采集装置，它包括信号采集单元、信号调理电路、模数转换模块、主控单元、存储单元和通信单元，所述信号采集单元、信号调理电路和模数转换模块依次连接，所述主控单元分别与模数转换模块、存储单元和通信单元连接。还公开了一种对三相电信号进行分析处理的方法，它包括以下过程系统初始化；对采样数据进行处理，计算三相电参数；上传三相电参数数据；数据存储。本发明采用了A/D转换芯片加微处理器，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G01R31/00GK102721887SQ201210222259
公开日2012年10月10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