CN102707138A - 基于dsc技术的盘装三相综合电量表 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于DSC技术的盘装三相综合电量表，包括主控芯片、A/D转换器、电压采样电路、电流采样电路、操作面板；所述主控芯片为DSC芯片；所述A/D转换器对电流采样电路或电流采样电路的模拟信号转换成数字信号，输出到主控芯片，所述主控芯片对接收到的数字信号进行分析，输出电量数据至所述操作面板；所述操作面板包括显示设备，对接收到的电量数据进行显示。本发明利用DSC芯片优异的运算性能，丰富的外设接口和简单可靠的硬件电路，以及低廉的成本、易于扩展的性能，实现对电量信号的精确采集、分析和处理。
Description
技术领域
本发明涉及盘装三相综合电量表，尤其是一种基于DSC技术的盘装三相综合电量表。
背景技术
通常三相综合表的技术实现，其方案一般有以下几种：一、采用计量芯片来实现电量的采集；二、通过ARM等嵌入式系统来运算实现电量的采集；三、利用AD转换器＋DSP芯片＋微处理器来达到电量的采集。这些方案都各有其弊端，计量芯片方案简单、成本低廉，但无法实现高精度、多功能的电量采集；ARM等嵌入式系统方案虽然在控制处理上有一定的优势，由于其自身的运行性能，很难实现实时高精度的运算；利用AD转换器＋DSP芯片＋微处理器的方案硬件过于复杂，成本太高。
中国专利号为“200920047879.X”的实用新型专利，提供了一种用电设备的综合测量仪表,包括与电源系统连接的最小系统、扩展RAM、CAN通信模块、开关量输入模块、模拟量输入模块，所述最小系统分别连接所述扩展RAM、CAN通信模块、开关量输入模块、模拟量输入模块。其优点是:可实时采集用电设备的三相电压、三相电流及零序电压、零序电流和三相电压的谐波总畸变率和三相电流的谐波总畸变电流、各项有功功率、无功功率、有功电量和无功电量,进行用电设备的监测，但是其为了保证精确度，使得电路的设计较为复杂，成本高。
发明内容
本发明提供一种基于DSC技术的盘装三相综合电量表，能够解决现有技术中的计量芯片硬件复杂或者精度不够的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种基于DSC技术的盘装三相综合电量表，包括主控芯片、A/D转换器、电压采样电路、电流采样电路和操作面板；所述主控芯片为DSC芯片；所述电压采样电路的输入端与外置电路相连接，用于采集电压数据，输出端与A/D转换器连接；所述电流采样电路的输入端与外置电路相连接，用于采集电流数据，输出端与A/D转换器相连接；所述A/D转换器将接收到的电压数据以及电流数据进行模数转换，并将模数转换后的电压数据和电流数据通过SPI总线输出至所述主控芯片；所述主控芯片根据接收到的电压数据和电流数据进行运算得出电量数据，并输出电量数据至操作面板；所述操作面板与主控芯片双向通信连接，所述操作面板包括显示设备和输入设备，所述显示设备用于将接收到的电量数据进行显示；所述输入设备用于接收外置控制信息，并传输至主控芯片。
其中，还包括WATCHDOG电路，WATCHDOG电路通过GPIO信号线与主控芯片连接。
其中，还包括电流转换电路，所述电流转换电路通过PWM控制信号线与主控芯片连接。
其中，所述电压采样电路包括多个电压采样模块，所述电压采样模块包括保护电路、电压互感器以及增益控制滤波回路，所述保护电路的输入端通过与外置电路相连接，所述保护电路的输出端与电压互感器的输入端相连接，所述电压互感器的输出端与增益控制滤波电路的输入端相连接，所述增益控制滤波回路的输出端与A/D转换器的输入端相连接。
其中，所述电流采样电路包括多个电流采样模块，所述电流采样模块包括增益控制滤波回路和电流互感器，所述电流互感器的输入端通过与外置电路相连接，输出端与增益控制滤波回路的输入端相连接；所述增益控制滤波回路的输出端与A/D转换器的输入端相连接。
其中，还包括报警输出电路，所述报警输出电路通过GPIO信号线与主控芯片相连接。
其中，所述报警输出电路包括多个报警输出模块，所述报警输出模块包括继电器驱动电路以及RS485保护电路，所述继电器驱动电路的输入端与主控芯片相连接，输出端与单刀双掷继电器的输入端相连接，所述单刀双掷继电器的输出端通过与外置电路相连接。
其中，还包括串口通信电路，所述串口通信电路包括高速光耦隔离电路、RS485PHY芯片以及RS485保护电路，所述高速光耦隔离电路与主控芯片双向通信连接，并通过RS485PHY芯片以及RS485保护电路与外置电路相连接，实现主控芯片与外置电路的数据通信。
采用上述技术方案，本发明具备的有益效果是：由于采用的主控芯片，其主控芯片采用DSC，利用DSC芯片优异的运算性能，丰富的外设接口和简单可靠的硬件电路，以及低廉的成本，易于扩展的功能，整合了DSP的数学运算和MCU的处理控制功能，实现计算与控制的一体化；本发明还对DSC主控芯片外围电路进行设计，电压采样电路与电流采样电路采集的电压或者电流数据传输到A/D转换器中进行A/D转换，A/D转换器通过SPI总线与主控芯片连接，实现电量信号的精确采集与分析；本发明的电路简单可靠，实现了低成本的应用。
附图说明
图1为本发明提供的基于DSC技术的盘装三相综合电量表的电路模块图。
图2为本发明提供的基于DSC技术的盘装三相综合电量表的一种实施例的电路模块图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，本发明提供一种基于DSC技术的盘装三相综合电量表，包括主控芯片、A/D转换器、电压采样电路、电流采样电路、操作面板；所述主控芯片为DSC芯片，DSC为Digital Signal Controller（数字信号控制器），是DSP(Digital Signal Processor数字信号处理器)与MCU（Microprocessor ControlUnit微处理机控制单元）的结合体；电压采样电路的输入端与外置电路相连接，用于采集电压数据，输出端与A/D转换器（Analog/Digital模数转换器）连接；所述电流采样电路的输入端与外置电路相连接，用于采集电流数据，输出端与A/D转换器相连接；所述A/D转换器将接收到的电压数据以及电流数据进行模数转换，并将模数转换后的电压数据和电流数据通过SPI总线输出至所述主控芯片；所述主控芯片根据接收到的电压数据和电流数据进行运算得出电量数据，并输出电量数据至操作面板；所述操作面板与主控芯片双向通信连接，所述操作面板包括显示设备和输入设备，所述显示设备用于将接收到的电量数据进行显示；所述输入设备用于接收外置控制信息，并传输至主控芯片。
在由单片机构成的微型计算机系统中，由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰,造成程序的跑飞,而陷入死循环，程序的正常运行被打断，由单片机控制的系统无法继续工作，会造成整个系统的陷入停滞状态，发生不可预料的后果，所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑,便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片，俗称"看门狗"，本发明提供的基于DSC技术的盘装三相综合电量表设置的WATCHDOG电路，即看门狗电路，WATCHDOG电路通过GPIO信号线与主控芯片连接，防止主控芯片运行程序发生死循环或者程序跑飞的情况发生。
本发明的基于DSC技术的盘装三相综合电量表还包括电流转换电路，所述电流转换电路通过PWM控制信号线与主控芯片连接，在本实施例中，该电流转换电路为外置电路提供4~20mA的电流。这是由于，在工业仪表使用中，需要对采集到的信号进行变送输出给系统或外部设备，因此，本发明采用电流转换模块实现变送输出功能，变送输出功能是基于单片机的PWM控制端来做的，一个输出周期的导通与断开时间长度决定了PWM输出值的大小，配合外部PWM控制电路进行转换。
所述电压采样电路包括多个电压采样模块，所述电压采样模块包括保护电路、电压互感器以及增益控制滤波回路，所述保护电路的输入端通过接线端子与外置电路相连接，所述保护电路的输出端与电压互感器的输入端相连接，所述电压互感器的输出端与增益控制滤波电路的输入端相连接，所述增益控制滤波回路的输出端与A/D转换器的输入端相连接。
所述电流采样电路包括多个电流采样模块，所述电流采样模块包括增益控制滤波回路和电流互感器，所述电流互感器的输入端通过接线端子与外置电路相连接，输出端与增益控制滤波回路的输入端相连接；所述增益控制滤波回路的输出端与A/D转换器的输入端相连接。
本发明还提供的基于DSC技术的盘装三相综合电量表还包括报警输出电路，所述报警输出电路通过GPIO信号线与主控芯片相连接。
所述报警输出电路包括多个报警输出模块，所述报警输出模块包括继电器驱动电路以及RS485保护电路，所述继电器驱动电路的输入端与主控芯片相连接，输出端与单刀双掷继电器的输入端相连接，所述单刀双掷继电器的输出端通过接线端子与外置电路相连接。
本发明提供的基于DSC技术的盘装三相综合电量表还包括串口通信电路，所述串口通信电路包括高速光耦隔离电路、RS485PHY芯片以及RS485保护电路，所述高速光耦隔离电路与主控芯片双向通信连接，并通过RS485PHY芯片以及RS485保护电路与外置电路相连接，实现主控芯片与外置电路的数据通信。这样外置电路就能够通过串口通信电路内置PHY芯片，实现对主控芯片的数据的读取，尤其是能够实现在远程情况下，对数据进行读取，使得本发明提供的电量表更为实用。请参阅图2，图2为本发明提供的基于DSC技术的盘装三相综合电量表的一个具体实施例的原理图，包括TMS320F2802x Piccolo主控芯片，A/D转换器、电压采样电路、电流采样电路、电流转换电路、串口通讯电路、报警输出电路、以及人机交互部分、开关电压、保护电路等。
开关电源为各个电路提供各个电路提供所需的电源，为主控芯片提供5V或3.3V的电源，
主控芯片通过SPI总线与A/D转换器连接；电压采样电路、电流采样电路的输出端与A/D转换器相连接；A/D转换器对电压、电流采样电路采集到的模拟信号转换成数字信号，再输入至主控芯片，主控芯片对采集的数据进行分析，并将电量等数据输出至人机交互部分进行显示；
人机交互部分包括按键，LED灯以及显示屏幕等，具体的，用户通过按键输入控制信息，控制主控芯片实现相应的功能；而主控芯片控制显示屏幕显示测量结果；LED灯设置用于显示工作状态等；
主控芯片还与报警输出电路相连接，报警输出电路包括相互连接的继电器驱动电路以及单刀双掷继电器，报警输出电路的继电器与外置设备相连接，当主控芯片测得电量超过或者少于某个数值时，报警输出电路就启动，保证设备运行在合适的电量范围内；或者关闭外部设备，保证设备的使用安全。
本发明还包括串口通讯电路，包括顺序连接的高速光耦隔离电路、RS485PHY芯片、RS485保护电路，用于提供本发明的电量表与外设的通信功能，尤其是远程通信功能，例如，串口通讯电路使得该仪表能够与PC相连接，其连接方式可以采用无线通信方式也可以采用有线通信方式，使用户能够通过PC能够读取仪表数据。当然，连接的外设不限于PC,也可以是其他设备。
此外，本实施例中还设置有WATCHDOG电路用于监控主控芯片的运行情况。还设置有电流转换电路，为外设提供4~20mA的电流。
本实施例中，设置有多个接线端子，电压采样电路、电流采样电路、电流转换电路、报警输出电路等与外部设备的连接均通过接线端子连接，采用这种方式，将内部电路与外设的接口位置，即各接线端子能够设置于电路四周，使得接线方便，同时通过对接线端子进行编号以及标识，方便外设与电量表电路的连接，同时在测试维修的过程中，也便于查找相应的电路。另外，考虑到在工业使用环境下,经常会有串扰,俗称干扰,采用光电隔离技术,可以将干扰屏蔽开,使干扰信号不会串到前级,也能起到保护核心元件不被大的电气信号给击穿的风险，本发明对所有外设的输入输出信号采取电磁隔离和光电隔离技术，提高了设备的抗干扰能力，也提高了测量的精度。
本发明采用这样的设计方案，利用DSC芯片优异的运算性能，丰富的外设接口和简单可靠的硬件电路，以及低廉的成本、易于扩展的性能，实现对电量信号的精确采集、分析和处理。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于DSC技术的盘装三相综合电量表，其特征在于：包括主控芯片、A/D转换器、电压采样电路、电流采样电路和操作面板；
所述主控芯片为DSC芯片；
所述电压采样电路的输入端与外置电路相连接，用于采集电压数据，输出端与A/D转换器连接；
所述电流采样电路的输入端与外置电路相连接，用于采集电流数据，输出端与A/D转换器相连接；所述A/D转换器将接收到的电压数据以及电流数据进行模数转换，并将模数转换后的电压数据和电流数据通过SPI总线输出至所述主控芯片；
所述主控芯片根据接收到的电压数据和电流数据进行运算得出电量数据，并输出电量数据至操作面板；
所述操作面板与主控芯片双向通信连接，所述操作面板包括显示设备和输入设备，所述显示设备用于将接收到的电量数据进行显示；所述输入设备用于接收外置控制信息，并传输至主控芯片。
2.根据权利要求1提供的基于DSC技术的盘装三相综合电量表，其特征在于：还包括WATCHDOG电路，WATCHDOG电路通过GPIO信号线与主控芯片连接。
3.根据权利要求1提供的基于DSC技术的盘装三相综合电量表，其特征在于，还包括电流转换电路，所述电流转换电路通过PWM控制信号线与主控芯片连接。
4.根据权利要求1提供的基于DSC技术的盘装三相综合电量表，其特征在于，所述电压采样电路包括多个电压采样模块，所述电压采样模块包括保护电路、电压互感器以及增益控制滤波回路，所述保护电路的输入端通过与外置电路相连接，所述保护电路的输出端与电压互感器的输入端相连接，所述电压互感器的输出端与增益控制滤波电路的输入端相连接，所述增益控制滤波回路的输出端与A/D转换器的输入端相连接。
5.根据权利要求1提供的基于DSC技术的盘装三相综合电量表，其特征在于，所述电流采样电路包括多个电流采样模块，所述电流采样模块包括增益控制滤波回路和电流互感器，所述电流互感器的输入端通过与外置电路相连接，输出端与增益控制滤波回路的输入端相连接；所述增益控制滤波回路的输出端与A/D转换器的输入端相连接。
6.根据权利要求1提供的基于DSC技术的盘装三相综合电量表，其特征在于，还包括报警输出电路，所述报警输出电路通过GPIO信号线与主控芯片相连接。
7.根据权利要求1提供的基于DSC技术的盘装三相综合电量表，其特征在于，所述报警输出电路包括多个报警输出模块，所述报警输出模块包括继电器驱动电路以及RS485保护电路，所述继电器驱动电路的输入端与主控芯片相连接，输出端与单刀双掷继电器的输入端相连接，所述单刀双掷继电器的输出端通过与外置电路相连接。
8.根据权利要求1提供的基于DSC技术的盘装三相综合电量表，其特征在于，还包括串口通信电路，所述串口通信电路包括高速光耦隔离电路、RS485PHY芯片以及RS485保护电路，所述高速光耦隔离电路与主控芯片双向通信连接，并通过RS485PHY芯片以及RS485保护电路与外置电路相连接，实现主控芯片与外置电路的数据通信。
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Denomination of invention: Panel-mounted three-phase integrated coulombmeter based on DSC (dynamic stability control) technology Effective date of registration: 20170329 Granted publication date: 20150121 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd Shunchang branch Pledgor: Fujian Shunchang Hong Run Precision Instruments Co., Ltd. Registration number: 2017350000044 |
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