基于DSP互感器校验仪软硬件设计
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摘要
互感器校验仪是电力和计量部门广泛使用的检测仪器。目前，我国所使用的互感器校验仪大多数仍为60—70年代发展起来的电工型，少数数值型和智能型产品也因稳定性差、示值缓慢、自动化程度低等原因，未能被广大用户所接受。因此，开发一种精度适当、自动化程度高、性能稳定的多功能校验仪就有着广泛的前景。
本文针对国内市场目前普遍使用的老式互感器校验仪的现状，提出了智能型互感器校验的研制思想，并详细讲述了其理论依据和实现过程，提出了切实可行的方案：基于测差测量原理，进行基于DSP和MCU双CPU架构、并采用高速A/D的硬件电路设计，并在此基础上采用快速傅立叶变换和准同步采样算法，并完成相关的软件算法框图设计，对互感器校验仪的智能化发展进行了有益的探索，取得了具有实用意义的成果。
全文共分五章。第一章简要介绍互感器校验仪的发展和现状，提出本文研究意义和研究内容。第二章简要介绍DSP技术以及DSP在电力系统中的应用。第三章介绍互感器的基本原理和互感器校验仪的校验原理。第四章在前述基础上，设计互感器校验仪的硬件电路，并给出详细研究思路和主要方法。第五章介绍了交流采样的一些方法，采用快速傅立叶变换和准同步采样技术，提高精度，并给出系统软件框架。
Transformer Calibrator is widely used by the electric power department and the measure department. However, the Transformer Calibrators used in our country now are behind the times, most of them were developed in 1960-1970 years, although there are some digital and intelligent products , they are not very satisfied for the many reasons, such as the stability is not good, the display of digital is slow, the degree of automation is low ,.and so on. So to develop a new type of Transformer Calibrator which has the high precision and the high degree of automation is significative .
For the outdated Transformer Calibrator is widely used, this paper analyzed the theory of previous calibrators and proposed an idea of designing a new type of intelligent calibrator, based on the theory of measure the difference ,adopt the project of DSP and MCU structure , also use high speed A/D electric chip .After the design of hardware circuit diagram , adopt the theory of FFT and Quasi-Synchronous Sampling Method to reach the demand of precision. This paper discuss the intelligent development of Transformer Calibrator ,achieve some success in the study.
There are five chapters in this paper. The first one introduces the development of Transformer Calibrator , put forward the significance and content of this paper. The second chapter introduces DSP technique and the use of it in electric system. The third chapter introduces the theory of transformer and the theory of Transformer Calibrator. The fourth chapter introduces the hardware design of Transformer and its ideas .The fifth chapter introduces the software design and its methods.
本文针对国内市场目前普遍使用的老式互感器校验仪的现状，提出了智能型互感器校验的研制思想，并详细讲述了其理论依据和实现过程，提出了切实可行的方案：基于测差测量原理，进行基于DSP和MCU双CPU架构、并采用高速A/D的硬件电路设计，并在此基础上采用快速傅立叶变换和准同步采样算法，并完成相关的软件算法框图设计，对互感器校验仪的智能化发展进行了有益的探索，取得了具有实用意义的成果。
全文共分五章。第一章简要介绍互感器校验仪的发展和现状，提出本文研究意义和研究内容。第二章简要介绍DSP技术以及DSP在电力系统中的应用。第三章介绍互感器的基本原理和互感器校验仪的校验原理。第四章在前述基础上，设计互感器校验仪的硬件电路，并给出详细研究思路和主要方法。第五章介绍了交流采样的一些方法，采用快速傅立叶变换和准同步采样技术，提高精度，并给出系统软件框架。
Transformer Calibrator is widely used by the electric power department and the measure department. However, the Transformer Calibrators used in our country now are behind the times, most of them were developed in 1960-1970 years, although there are some digital and intelligent products , they are not very satisfied for the many reasons, such as the stability is not good, the display of digital is slow, the degree of automation is low ,.and so on. So to develop a new type of Transformer Calibrator which has the high precision and the high degree of automation is significative .
For the outdated Transformer Calibrator is widely used, this paper analyzed the theory of previous calibrators and proposed an idea of designing a new type of intelligent calibrator, based on the theory of measure the difference ,adopt the project of DSP and MCU structure , also use high speed A/D electric chip .After the design of hardware circuit diagram , adopt the theory of FFT and Quasi-Synchronous Sampling Method to reach the demand of precision. This paper discuss the intelligent development of Transformer Calibrator ,achieve some success in the study.
There are five chapters in this paper. The first one introduces the development of Transformer Calibrator , put forward the significance and content of this paper. The second chapter introduces DSP technique and the use of it in electric system. The third chapter introduces the theory of transformer and the theory of Transformer Calibrator. The fourth chapter introduces the hardware design of Transformer and its ideas .The fifth chapter introduces the software design and its methods.
引文
【1】 赵修民。互感器校验仪的原理与应用【M】，山西人民出版社，1984年。
【2】 赵修民。电流互感器，山西人民出版社【M】，1983年。
【3】 赵修民。电压互感器，山西人民出版社【M】，1983年。
【4】 杨斌文。互感器的理论分析与应用【J】。常德师范学院学报，1999年，3：21-23。
【5】 赵修民。利用HEG型互感器校验仪测电流和电压负荷箱【J】。电测与仪表，1996年，2：32-34。
【6】 田勇。一种先进的智能化仪器—HEW2000系列多功能互感器校验仪【J】。山西机械，2000年，4：33-35。
【7】 杨黎，刘禾。智能型互感器校验仪的设计【J】。现代电力，1997年，3：18-20。
【8】 李冬芳，杨志峰。HEW2001型数字直读式互感器多功能校验仪【J】。太原重型机械学院学报，2001年，3：22-24。
【9】 徐新，赵茂泰。新型智能化互感器校验仪的研究与实现【J】。武汉测绘科技大学学报，1999年，4：35-37。
【10】 张雄伟，曹铁勇。DSP芯片的原理与开发应用(第2版)【M】。电子工业出版社。
【11】 Andrew Bateman。Algorithms,Applications and Design Techniques。(DSP算法、应用与设计)【M】，机械工业出版社。
【12】 刘和平等。TMS320LF240xDSP结构、原理、及应用【M】。北京航空航天大学出版社。
【13】 刘和平等。TMS320LF240xDSP C语言开发应用【M】。北京航空航天大学出版社。
【14】 李欣唐，高利军。DSP处理器在电力系统应用中的算法实现【J】。测控技术，2000年，5：24-26。
【15】 崔学深，张建华。DSP技术在电力系统中的应用和硬件实现方式【J】。现代电力，2002年，6：45-47。
【16】 杜爱玲，乔巍。TMS320LF2407在电力谐波分析中的应用【J】。微处理器，2002年，6：32-35。
【17】 徐月华，文琪。基于DSP技术的电测与分析仪的研究【J】。四川工业学院学报，2002年，5：32-34。
【18】 李娟，陈劲操。基于TMS320F240的电力系统谐波检测的开发【J】。电测与仪表，2003年，8：50-52。
【19】刘玉伟，邱阿瑞。TMS320F240在电压无功综合控制中的应用【J】。集成电路应用，2003年，7：32-34。
【20】程佩青编著。数字信号处理教程【M】。北京：清华大学出版社，1998年。
【21】于海生，潘松峰。复序列的FFT在机电参数测试中的应用【J】。山东纺织工学院学报，1992年，7：34-36。
【22】于海生，潘松峰。基于复序列FFT和锁相原理的电参数测量【J】。电网技术，2000年，9：22-25。
【23】张小鸣，李永新。交流采样电参量测量模型仿真与DSP编程【J】。电测与仪表，2003年，9：44-46。
【24】刘毅，孙莹光。FFT算法在电力监控计算中的应用【J】。辽宁工学院学报，2001年，7：32-33。
【25】刘丽萍。“高精度A／D+DSP+MCU”的双处理器方案在变压器参数测试仪中的应用【J】。宁夏工程技术，2002年，6：66-68。
【26】杜鹏。12位并行模数转换芯片AD1674及其应用【J】。国外电子元器件，2001年，7：33-35。
【27】张重雄，邱华。TMS320C32 DSP及其与AD1674 AD变换器的接口设计【J】。电子工程师，1999年，3：21-23。
【28】袁志刚，宁百齐。基于AD芯片AD1674设计的数据采集电路【J】。集成电路应用，2001年，7：32-35。
【29】曹建容，姚庆梅。基于AD1674模数转换芯片的接口电路设计【J】。青岛大学学报，2002年，7：43-46。
【30】董琰婷，张杰。模数转换器AD1674接口电路的改进【J】。电子技术应用，1998年，2：14-16。
【31】杨永辉，曹丹华。TMS320LF2407 A与S PI的接口设计【J】。测控技术，2003年，2：21-23。
【32】TI, TMS320LF/LC240xA DSP controllers reference guide-system and peripherals, 2001。
【33】X5043/X5045 manual, Xicor, 2001。
【34】刘红玲，秦敬辉。X5043／X5045及其应用【J】。彭城职业大学学报，2003年，4：23—25。
【35】何希材。新型开关电源及其应用【M】。北京：人民邮电出版社，1996，。
【36】张占松。开关电源的原理与设计【M】。北京：电子工业出版社，1998。
【37】沙占友。特种集成电源(最新应用技术)【M】。人民邮电出版社，2000年。
【38】梁志国。周期信号的谐波分析评述【J】。计量技术，2003年，10：32—35。
【39】李曦，陈为民。电力信号的分析及算法实现【J】。测控技术，2002年，9：45—47。
【40】贺慧玲。提高电力谐波分析精度新方法的研究【J】。水电能源科学，1999年，10：11—13。
【41】杨网娟。一种非正弦周期信号谐波分析的方法—准同步采样法【J】。河海大学机械学院学报，1995年，7：32—35。
【42】李芙英。应用准同步采样原理的谐波分析仪【J】。电网技术，1989年，4：52—54。
【43】李芙英，王恒福。用准同步离散Fourier变换实现高准确杜谐波分析【J】。清华大学学报自然科学报，1999年，9：32—34。
【44】杜广宇，陈小桥。锁相倍频和准同步采样法在谐波测量中的应用【J】。武汉大学学报，2001年，11：33—35。
【45】张盎然，陈明华。基于准同步算法的谐波分析方法【J】。电测与仪表，2002年，9：10—12。
【46】李少纯。“淮同步采样谐波分析法”实际应用【J】。仪表技术，1992年，8：30—32。
【47】李庆波，王菽蓉。采样计算式测量方法的特点及应用【J】。电测与仪表，1999年，9：50—52。
【48】张建秋，陶然。非整周期采样应用于周期信号的谐波分析【J】。仪器仪表学报，1995年，10：32—34。
【49】王军玲。几种非正弦周期电参数数字检测方法【J】。船电技术，2003年，3：22—24。
【50】潘峰，王震宇。电力系统中电参数的高精度测试【J】。电气电子教学学报，2002年，5：46—48。
【2】 赵修民。电流互感器，山西人民出版社【M】，1983年。
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【38】梁志国。周期信号的谐波分析评述【J】。计量技术，2003年，10：32—35。
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【41】杨网娟。一种非正弦周期信号谐波分析的方法—准同步采样法【J】。河海大学机械学院学报，1995年，7：32—35。
【42】李芙英。应用准同步采样原理的谐波分析仪【J】。电网技术，1989年，4：52—54。
【43】李芙英，王恒福。用准同步离散Fourier变换实现高准确杜谐波分析【J】。清华大学学报自然科学报，1999年，9：32—34。
【44】杜广宇，陈小桥。锁相倍频和准同步采样法在谐波测量中的应用【J】。武汉大学学报，2001年，11：33—35。
【45】张盎然，陈明华。基于准同步算法的谐波分析方法【J】。电测与仪表，2002年，9：10—12。
【46】李少纯。“淮同步采样谐波分析法”实际应用【J】。仪表技术，1992年，8：30—32。
【47】李庆波，王菽蓉。采样计算式测量方法的特点及应用【J】。电测与仪表，1999年，9：50—52。
【48】张建秋，陶然。非整周期采样应用于周期信号的谐波分析【J】。仪器仪表学报，1995年，10：32—34。
【49】王军玲。几种非正弦周期电参数数字检测方法【J】。船电技术，2003年，3：22—24。
【50】潘峰，王震宇。电力系统中电参数的高精度测试【J】。电气电子教学学报，2002年，5：46—48。