CN204556726U - 一种电源板三相交流信号频率检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电源板三相交流信号频率检测装置，包括信号预处理电路，其特征在于：所述电源板三相交流信号频率检测装置还包括FPGA芯片、AVR单片机、A/D芯片、上位机和电源模块，所述信号预处理电路的输入端接收待测电源板输出的三相交流信号并对信号进行调理，所述信号预处理电路的输出端连接FPGA芯片的输入端，经调理过的信号传输给FPGA芯片，所述FPGA芯片包括逻辑单元、触发器和I/O引脚，所述FPGA芯片完成对信号所需的计数工作，三相交流信号经所述信号预处理电路调理后转换成方波信号，再依次输入FPGA芯片内部的计数器和锁存器并得到标准的计数值，所述FPGA芯片将计数值通过数据线发送给AVR单片机进行运算处理，并将处理结果通过串口总线MAX232发送给上位机进行显示。

Description

一种电源板三相交流信号频率检测装置

技术领域

本实用新型涉及电源板信号检测装置，尤其是涉及一种电源板三相交流信号频率检测装置。

背景技术

惯组电源板是电源板是电源一种常用的电源板，对惯组电源板输出的三相交流信号的频率相位差，正弦波信号的频率失真度以及方波信号的频率占空比几项参数的测试研究和显示结果的误差分析对技术人员了解电源板的输出信号的状态具有重要的意义，。这些信号参数的测量在工业自动化、智能控制及通信电子等许多领域都有广泛应用。随着数字电子技术尤其是FPGA、CPLD等可编程逻辑器件技术的发展，工作时钟的频率不断的提高，采用数字方法测频率、测相位、测占空比的精度不断提高。而传统依靠模拟器件的方法，如二极管鉴相法、脉冲计数法等方法，测量系统复杂，需专用器件，硬件成本高，且精度不高。

本实用新型为了克服上述缺陷，进行了有益的改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供了一种电源板三相交流信号频率检测装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种电源板三相交流信号频率检测装置，包括信号预处理电路，其特殊之处在于：所述电源板三相交流信号频率检测装置还包括 FPGA芯片、AVR单片机、A/D芯片、上位机和电源模块，所述信号预处理电路的输入端接收待测电源板输出的三相交流信号并对信号进行调理，所述信号预处理电路的输出端连接FPGA芯片的输入端，经调理过的信号传输给FPGA芯片，所述FPGA芯片包括逻辑单元、触发器和I/O引脚，所述FPGA芯片完成对信号所需的计数工作，三相交流信号经所述信号预处理电路调理后转换成方波信号，再依次输入FPGA芯片内部的计数器和锁存器并得到标准的计数值，所述FPGA芯片将计数值通过数据线发送给AVR单片机进行运算处理，并将处理结果通过串口总线MAX232发送给上位机进行显示；

进一步地，所述电源模块分别连接FPGA芯片和AVR单片机，并为FPGA芯片和AVR单片机提供电能，所述电源模块采用NCP1207电源模块；

进一步地，所述FPGA芯片的外部连接有50MHz外部晶振，外部晶振为FPGA芯片提供100kHz高频标准信号；

进一步地，所述信号预处理电路包括过零比较器和光电耦合器，其中所述过零比较器为LM358，所述光电耦合器为4N25型光电耦合器，所述过零比较器将三相交流信号的正弦波转换为方波，并经光电耦合器进行增幅调整。

本实用新型的有益效果：本实用新型利用FPGA配合高频外部晶振及信号的预处理电路进行三相交流信号的频率检测，通过对被测信号进行滤波检波等信号调理，实时采集基波与谐波电压，由单片机依照给定的算法计算出被测信号频率。最后，将得到的参数值通过 AVR单片机打包，利用串口通信原理上传至上位机进行显示。本实用新型将测结果进行实时显示，大大节省了传统使用电表进行检测工作的时间，减少了工作量，且避免了人为操作时带来的误差，且能根据要求达到所要求的精度，大大提高了电源板检测工作的效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例检测装置原理框图。

图2是本实用新型实施例三相交流信号频率检测模块原理图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型的实施例参考图1-2所示，一种电源板三相交流信号频率检测装置，包括信号预处理电路，所述电源板三相交流信号频率检测装置还包括FPGA芯片、AVR单片机、A/D芯片、上位机和电源模块，由于FPGA内部有丰富的逻辑单元、触发器及I/O引脚，并采用高速CMOS工艺功耗低，因此，出于简化硬件电路，提高系统集成度与可靠性的考虑，FPGA芯片完成各项电参数的测试工作；同时，由于AVR单片机具有高可靠性、高速度、低功耗、低价位、I/O功能强大具有A/D转换电路及可完成高速的串口通信等特点,本实用新型选择AVR单片机完成测试数据的接收并打包上传至上位机的工作。待测信号通过信号调理电路对信号进行调理，包括幅值调理及正弦波变同步方波，使之可由FPGA接收，通过FPGA完成对各待测信号进行所需的计数工作，AVR单片机向FPGA发地址信号分别选通计数值，通 过数据线发送至单片机，AVR单片机对其进行数据运算，将结果通过串口发送至上位机显示处理。

首先，将调理后的信号通过过零比较器将信号转换成同步的方波信号；之后，将得到的方波信号进行幅值调整，调整至可由FPGA接收的方波信号后，输入FPGA内部运用测周法原理设计的计数器与锁存器得到标准信号的计数值；最后，通过AVR单片机的控制将计数值输入至AVR单片机进行相关运算，并将测试结果数据通过串口通信打包上传至上位机进行显示。该模块设计框图如图2所示。

待测惯组电源板输出的三相交流信号的频率标称值均为400Hz，根据其标称值选择合适的高频标准信号，使系统既能满足该系统所要求的误差精度又能将输出的计数值位数控制在一个合理的区域，方便FPGA与AVR单片机的通信，经计算得使用100kHz的高频信号作为标准信号最为合适，得出8位计数值且满足系统1％的精度要求。由于测周法的测量误差为±1个高频标准信号，为确保系统1％的精度要求，因此，根据待测信号的标称值将计数值控制在100以上即可满足系统的精度要求，选择100kHz的高频标准信号满足计数值100以上的精度要求，100kHz高频信号可由50MHz外部晶振500分频得到。其中，过零比较器使用器件LM358进行正弦波转换为方波的工作，采用4N25型光电耦合器进行必要的幅值调整，完成信号的预处理工作。

FPGA内部关于测频的设计主要有2大模块：分频模块和计数锁存模块。分频模块的功能是对板载50MHz的晶振进行分频得到需要 的100kHz的高频标准信号；计数锁存模块是核心，完成的功能是在一个待测信号周期内对高频标准信号进行计数，得到计数值并进行锁存输出。

以上所述实施方式仅表达了本实用新型的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种电源板三相交流信号频率检测装置，包括信号预处理电路，其特征在于：所述电源板三相交流信号频率检测装置还包括FPGA芯片、AVR单片机、A/D芯片、上位机和电源模块，所述信号预处理电路的输入端接收待测电源板输出的三相交流信号并对信号进行调理，所述信号预处理电路的输出端连接FPGA芯片的输入端，经调理过的信号传输给FPGA芯片，所述FPGA芯片包括逻辑单元、触发器和I/O引脚，所述FPGA芯片完成对信号所需的计数工作，三相交流信号经所述信号预处理电路调理后转换成方波信号，再依次输入FPGA芯片内部的计数器和锁存器并得到标准的计数值，所述FPGA芯片将计数值通过数据线发送给AVR单片机进行运算处理，并将处理结果通过串口总线MAX232发送给上位机进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种电源板三相交流信号频率检测装置，其特征在于：所述电源模块分别连接FPGA芯片和AVR单片机，并为FPGA芯片和AVR单片机提供电能，所述电源模块采用NCP1207电源模块。

3.根据权利要求2所述的一种电源板三相交流信号频率检测装置，其特征在于：所述FPGA芯片的外部连接有50MHz外部晶振，外部晶振为FPGA芯片提供100kHz高频标准信号。

4.根据权利要求3所述的一种电源板三相交流信号频率检测装置，其 特征在于：所述信号预处理电路包括过零比较器和光电耦合器，其中所述过零比较器为LM358，所述光电耦合器为4N25型光电耦合器，所述过零比较器将三相交流信号的正弦波转换为方波，并经光电耦合器进行增幅调整。