本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，涉及一種電機功率采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

數(shù)據(jù)采集是同步電機測控系統(tǒng)中的核心單元之一，目前同步發(fā)電機的數(shù)據(jù)采集大多是以通用AD轉(zhuǎn)換芯片配合8位或16位單片機進行交流采樣，這種的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得的發(fā)電機運行的電參量基本全靠軟件計算實現(xiàn)，不僅計算量大、精度低、實時性也受到很大限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷，本發(fā)明公開了一種電機功率采集系統(tǒng)。

本發(fā)明所述電機功率采集系統(tǒng)，包括與發(fā)電機連接的電壓互感器和電流互感器，所述電壓互感器與電流互感器輸出端均與計量芯片連接，所述計量芯片與信號處理器總線連接，所述信號處理器連接有USB接口和接口芯片。

優(yōu)選的，所述接口芯片為MAX232。

優(yōu)選的，所述計量芯片與信號處理器之間通過SPI總線連接。

優(yōu)選的，所述計量芯片為ADE7758。

優(yōu)選的，所述信號處理器為AT91SAM7A3。

采用本發(fā)明所述的電機功率采集系統(tǒng)，用三相電能專用計量芯片代替通用AD芯片，實現(xiàn)了對同步發(fā)電機電參數(shù)的快速測量和控制，充分利用了芯片的內(nèi)置功能模塊，減少了外圍電路，降低了成本，提高了產(chǎn)品的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種具體實施方式結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細說明。

本發(fā)明所述電機功率采集系統(tǒng)，包括與發(fā)電機連接的電壓互感器和電流互感器，所述電壓互感器與電流互感器輸出端均與計量芯片連接，所述計量芯片與信號處理器總線連接，所述信號處理器連接有USB接口和接口芯片。

如下圖l所示。進行數(shù)據(jù)集時其工作流程為：被測信號即同步發(fā)電機機端電壓U、定子電流I為三相交流電，分別經(jīng)電壓互感器(PT)和電流互感器(CT)轉(zhuǎn)換為低電壓和小電流的二次信號，再經(jīng)過信號調(diào)理電路作進一步的處理成不超過500mV的電壓信號后送入計量芯片ADE7758進行轉(zhuǎn)換。ADE7758轉(zhuǎn)換結(jié)束后向信號處理器提出中斷申請，ARM相應ADE7758中斷請求，通過高速SPI接口讀取相應緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)，然后根據(jù)互感器、變送器的變換比例計算出發(fā)電機運行參量的實際值并將結(jié)果保存到相應的數(shù)據(jù)區(qū)中，以備對發(fā)電機進行實時控制。與此同時信號處理器通過串口與上位機進行通訊，將最新采集的發(fā)電機運行參量發(fā)送到上位機，利用上位機軟件將實時數(shù)據(jù)顯示出來。該系統(tǒng)還設計了一個USB接口，通過該接口可以和移動存儲設備連接，這樣即使在無計算機的情況下也可以實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)采集任務。

本系統(tǒng)選擇的ARM芯片是AT91SAM7A3，AT91SAM7A3芯片與計量專用芯片ADE7758之間通訊采用標準的3線高速SPI總線；AT91SAM7A3與上位計算機之間通過普通雙絞線連接以串行方式進行通訊；AT91SAM7A3與移動存儲設備之間采用USB接口進行通訊。

本系統(tǒng)選擇AT91SAM7A3單片機作為系統(tǒng)的主控制器，電能計量專用芯片ADE7758作為A/D轉(zhuǎn)換。ADE7758是一款高集成度的三相電能專用計量芯片，集成了6路2階Sigma-Delta ADC采樣通道，帶有一個SPI兼容的串行通訊接口，兩路脈沖輸出。采用數(shù)字校準技術(shù)，可通過標準的SPI的三線串行通訊接口完成對芯片的設置、電量數(shù)據(jù)的傳輸和校準。ADE7758內(nèi)部集成有溫度傳感器，單5V供電，低功耗,適用于三相三線和三相四線電力系統(tǒng)中。

ADE7758的電流通道和電壓通道各有一個可編程增益放大器，放大增益為1,2或4，除了PGA功能外，還用于A/D轉(zhuǎn)換滿刻度量程的選擇。增益的大小由用戶編程來決定。ADE7758具有一個波形取樣寄存器，其值源自于ADC的輸出。波形采樣部分集成有一個用于短時持續(xù)低電平或高電平的檢測電路，門檻電平和持續(xù)時間是由用戶編程來決定的。三相中任一相過零檢測是同步進行的，過零檢測的結(jié)果可用于測量三路電壓輸人中任一路的周期。ADE7758的所有功能都是通過讀寫ADE7758內(nèi)部的寄存器來實現(xiàn)的，即ADE7758的各種設定和操作主要是對寄存器的讀和寫。每個寄存器在讀寫時，首先要執(zhí)行一個寫通信寄存器的操作，然后開始傳輸數(shù)據(jù)。

AT91SAM7A3微控制器是ATMEL公司推出的基于ARM7TDMI的嵌入式32位高檔微控制器。該款處理器用高密度的16位指令集實現(xiàn)了32位RISC結(jié)構(gòu)，且功耗低，指令執(zhí)行周期短，運行速度快，32位乘除指令小于1US。AT91SAM7A3微控制器使用了ATMEL公司的高密度CMOS技術(shù)，通過在一個單片上集成了ARM7TDMI和256K的Flash程序存儲器、32K片內(nèi)SRAM以及各種外圍功能模塊，使其成為強有力的32位微控制器。AT91SAM7A3微控制器內(nèi)部工作寄存器很多，片內(nèi)外設豐富，片內(nèi)有62個多功能復用的I/0端口、3個定時/計數(shù)器模塊，每個模塊包含3個完全相同的16位定時/計數(shù)器通道，每一個通道都可以獨立編程，實現(xiàn)包括頻率測量，事件計數(shù)，間隔測量，脈沖產(chǎn)生延時和脈沖寬度調(diào)制等各種功能、多個中斷源、8個中斷優(yōu)先級、3個增強型全雙工USART，每個USART都具有自己的波特率發(fā)生器和兩個專用的數(shù)據(jù)控制器PDC通道、2個CAN控制器支持CAN2.0B、2個高速SPI、1個I2C、1個USB2.0接口、片內(nèi)振蕩器及看門狗電路[1]。具有256k并行可編程的非易失性FLASH程序存儲器，可實現(xiàn)對器件串行在系統(tǒng)編程ISP(In-System Programming)和在應用中編程IAP(In Application Programming)。由于片內(nèi)外設豐富，便于系統(tǒng)擴展，片內(nèi)存儲容量大，不用再外擴存儲器，大大提高了系統(tǒng)的集成度，為許多需要加強運算的嵌入式應用提供了高度的靈活性和高性價比解決方案。

基于ARM和ADE7758的同步發(fā)電機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設計包括: 模擬量采集模塊、信號調(diào)理模塊、交流電量計量與轉(zhuǎn)換模塊、實時數(shù)據(jù)的處理與控制模塊、顯示模塊五個部分。

同步發(fā)電機的現(xiàn)場模擬量的采集由CT,PT完成，即將發(fā)電機機端電壓、定子電流分別轉(zhuǎn)換成三相100V、5A的二次信號；信號調(diào)理電路完成信號進人電能計量芯片前的調(diào)整和濾波，濾除信號中的高頻部分，該電路模塊主要目的是將信號處理成ADE7758可以直接接收的信號即小于等于500mV的電壓信號；交流電量計量與轉(zhuǎn)換模塊ADE7758有電壓和電流采集通道，它們能接收的交流信號幅值最大為500mV，通過6路A/D采樣通道完成數(shù)字化。ADE7758內(nèi)的微處理器對數(shù)字化的被測信號進行各種判斷、處理和運算，并將結(jié)果儲存在18個只讀寄存器中。ADE7758將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后向ARM提出中斷申請 (IRQ為低電平有效)；實時數(shù)據(jù)的處理與控制模塊由AT91SAM7A3芯片來完成，AT91SAM7A3通過SPI接口對ADE7758進行讀寫操作，即ARM和ADE7758的數(shù)據(jù)接口采用中斷IRQ、片選CS和3線的SPI接口方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。整個過程可描述為：AT91SAM7A3微處理器響應ADE7758的中斷后，立即通過低電平片選ADE7758的CS，然后通過SPI總線MOSI,SCLK , MISO和ADE7758的DIN, SCLK ,DOUT相連，完成數(shù)據(jù)操作；系統(tǒng)顯示模塊電路采用MAXIM公司的MAX232芯片完成TTL電平和RS-232標準電平的轉(zhuǎn)換，方便通過串口與計算機進行通信。

為了保證系統(tǒng)的安全性和可靠性，在系統(tǒng)設計中沒有用ARM芯片內(nèi)的看門狗，而專門設計了外部看門狗電路。外部看門狗電路采用AD公司生產(chǎn)的ADM691芯片，利用AT91SAM7A3的PWM口產(chǎn)生的占空比可調(diào)的脈沖信號作為喂狗信號，監(jiān)視電源電壓和微處理器的工作狀態(tài)，該電路結(jié)構(gòu)簡單、功能豐富，大大提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。另一方面為了使系統(tǒng)具有一定的廣泛使用性，還設計了一個支持USB2.0的接口，目的是方便在沒有計算機的情況下進行大量的數(shù)據(jù)采集。

前文所述的為本發(fā)明的各個優(yōu)選實施例，各個優(yōu)選實施例中的優(yōu)選實施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實施方式為前提，各個優(yōu)選實施方式都可以任意疊加組合使用，所述實施例以及實施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述發(fā)明人的發(fā)明驗證過程，并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，本發(fā)明的專利保護范圍仍然以其權(quán)利要求書為準，凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。