CN204631129U - 一种电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置，涉及电力谐波数据电压电流采集装置技术领域。主要用于解决现有技术中的信号采集处理复杂，转换速度慢，不支持16路通道同时转换且转换精度低的技术问题。本实用新型本装置利用两片八通道的第一、第二模数转换芯片配合模数转换初始化电路，同步触发转换电路，转换完成读取忙碌检测电路，模拟信号输入接口电路和DSP的EMIFA并行总线接口电路，可以进行16通道同步高精度高速采样，其转换精度高，转换速率达到200k，极力满足了有源电力滤波器多路电压电流信号同步采样的需求，而且结合第一、第二模数转换芯片和DSP电路的硬件特点，进一步化简了电路结构，降低了成本。

Description

一种电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置

技术领域

本实用新型涉及电力谐波数据电压电流采集装置技术领域，尤其涉及一种电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置。

背景技术

随着电力电子技术的发展，大量电子电气设备被广泛应用，一方面，消耗大量电能，刺激经济的发展；另一方面，在电力系统中产生严重的谐波污染，进而又严重降低电能的质量，影响智能电网的建设，同时电力电子装置产生的谐波污染已经成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍，影响电网的质量以及企业产品的质量，它迫使谐波研究的意义上升到治理环境污染、维护绿色环境的层面来考虑。对电力系统来说，无谐波就是“绿色”的主要标志之一。因此消除谐波污染，已成为电力系统，尤其是智能电网建设中的一个重大课题。

要消除电网当中的谐波，要对电网中的三相电压信号，三相负载电流信号、有源电力滤波器输出的三相电流信号、有源电力滤波器母线电压、IGBT温度和整个系统温度进行实时同步高速的采集。传统的信号采集处理复杂，转换速度慢，不支持16路通道同时转换且转换精度低。因此，如果实现高速高精度多路信号同步采集，同时能够简化电路降低采集装置成本成为了工业电力谐波处理过程中多路数据高精度同步采集装置亟待解决问题。

实用新型内容

本实用新型主要是解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种结构简单、同步性好、精度高的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本实用新型提供的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置，包括电源，其还包括：

模数转换芯片电路，所述模数转换芯片电路包括第一、第二模数转换芯片，所述第一、第二模数转换芯片用于对模拟信号进行模数转换，其中，所述第一模数转换芯片与所述电源相连接；

模数转换初始化电路，所述模数转换初始化电路用于根据DSP串行总线SPI发出的控制字，选择所述第一、第二模数转换芯片的硬件过采样设置，以及用于对所述第一、第二模数转换芯片进行量程同步设定和复位；

同步触发转换电路，所述同步触发转换电路用于根据DSP的PWM输出端口输出的PWM频率控制所述第一、第二模数转换芯片的转换速率；

转换完成读取忙碌检测电路，所述转换完成读取忙碌检测电路用于检测所述第一、第二模数转换芯片是否转换完成以及数据读取闲忙状态，并在所述第一、第二模数转换芯片均转换完成且数据读取不忙的时，发出中断信号至DSP的中断引脚；

模拟信号输入接口电路，所述模拟信号输入接口电路用于输入16通道模拟信号至所述第一、第二模数转换芯片；

DSP的EMIFA并行总线接口电路，所述DSP的EMIFA并行总线接口电路用于将所述第一、第二模数转换芯片转换好的数据读取回到DSP中处理。

进一步地，所述模数转换初始化电路包括第一芯片、第一电阻和第二电阻，所述第一芯片的第1脚、第2脚和所述DSP串行总线SPI相连接，其第3-5脚分别对应的与所述第一模数转换芯片的第3-5脚相连接，其第6-11脚分别对应的与所述第二模数转换芯片的第3-5脚相连接，其第12脚分别与所述第一模数转换芯片的第11脚、第二模数转换芯片的第11脚相连接，其第13脚通过所述第一电阻与所述第一模数转换芯片的第8脚、且第一芯片的第13脚还通过所述第二电阻与所述第二模数转换芯片的第8脚相连接。

进一步地，所述同步触发转换电路包括电路网络标口和第三至六电阻，所述电路网络标口分别经第三、第四电阻与所述第一模数转换芯片的第9脚、第10脚相连接，且电路网络标口还分别经第五、第六电阻与所述第二模数转换芯片的第9脚、第10脚相连接，其中，所述电路网络标口与所述DSP的PWM输出端口相连接。

进一步地，所述转换完成读取忙碌检测电路包括第一、第二二极管和第七电阻，所述第一、第二二极管的阳极分别与所述第一模数转换芯片的第14脚、第二模数转换芯片的第14脚相连接、第一、第二二极管的阴极与所述DSP的中断引脚、第七电阻的一端相连接，所述第七电阻的另一端接地。

进一步地，所述模拟信号输入接口电路包括第二芯片和第三芯片，所述第二芯片的第1、3、5、7、9、11、13、15脚分别与所述第一模数转换芯片的第63、61、59、57、55、53、51、49脚相连接，所述第二芯片的第2、4、6、8、10、12、14、16脚接地，所述第三芯片的第1、3、5、7、9、11、13、15脚分别与所述第二模数转换芯片的第63、61、59、57、55、53、51、49脚相连接，所述第三芯片的第2、4、6、8、10、12、14、16脚接地。

进一步地，所述DSP的EMIFA并行总线接口电路包括第一至十九端口，所述第一至十九端口分别与所述第一模数转换芯片的第16-33脚、第二模数转换芯片的第16-33脚相连接。

进一步地，所述第一、第二模数转换芯片与所述电源之间还设有电源滤波电路，所述电源滤波电路包括第一、第二电感和第一、第二电容，所述第一、第二电感相互串联，所述第一电感的一端与电源相连接，所述第一电容的一端连接在所述第一电感的另一端，其另一端接地，所述第二电容的一端连接在所述第二电感的另一端，其另一端接地。

进一步地，还包括模拟地和数字地处理电路，所述模拟地和数字地处理电路分别连接在所述第一模数转换芯片的数字地和模拟地之间、所述第二模数转换芯片的数字地和模拟地之间，所述模拟地和数字地处理电路包括第八电阻，所述第八电阻的阻值为0欧姆。

进一步地，所述第一、第二模数转换芯片的型号为AD7606。

进一步地，所述第一芯片的型号为74HC164。

本实用新型的有益效果在于：本装置利用两片八通道的第一、第二模数转换芯片配合模数转换初始化电路，同步触发转换电路，转换完成读取忙碌检测电路，模拟信号输入接口电路和DSP的EMIFA并行总线接口电路，可以进行16通道同步高精度高速采样，其转换精度高，转换速率达到200k，极力满足了有源电力滤波器多路电压电流信号同步采样的需求，而且结合第一、第二模数转换芯片和DSP电路的硬件特点，进一步化简了电路结构，降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置的方框图；

图2是本实用新型的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置的模数转换初始化电路的电路图；

图3中，图3a和图3b是本实用新型的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置的同步触发转换电路与第一、第二模数转换芯片的连接示意图；

图4是本实用新型的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置的转换完成读取忙碌检测电路的电路图；

图5中，图5a和图5b分别是本实用新型的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置的模拟信号输入接口电路的第二、第三芯片与第一、第二模数转换芯片的连接示意图；

图6是本实用新型的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置的和DSP的EMIFA并行总线接口电路的电路图；

图7是本实用新型的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置的电源滤波电路的电路图；

图8是本实用新型的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置的模拟地和数字地处理电路的电路图；

图9是本实用新型的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1和图9所示，本实用新型的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置，包括电源1，其还包括：模数转换芯片电路2，模数转换芯片电路2包括第一、第二模数转换芯片(3、4)，第一、第二模数转换芯片(3、4)用于对模拟信号进行模数转换，其中，第一模数转换芯片3与电源1相连接；

模数转换初始化电路5，模数转换初始化电路5用于根据DSP串行总线SPI6发出的控制字，选择第一、第二模数转换芯片(3、4)的硬件过采样设置，以及用于对第一、第二模数转换芯片(3、4)进行量程同步设定和复位；

同步触发转换电路6，同步触发转换电路6用于根据DSP的PWM输出端口7输出的PWM频率控制第一、第二模数转换芯片(3、4)的转换速率；转换完成读取忙碌检测电路8，用于检测第一、第二模数转换芯片(3、4)是否转换完成以及数据读取闲忙状态，并在第一、第二模数转换芯片(3、4)均转换完成且数据读取不忙的时，发出中断信号至DSP的中断引脚9；

模拟信号输入接口电路10，模拟信号输入接口电路10用于输入16通道模拟信号至第一、第二模数转换芯片(3、4)；

DSP的EMIFA并行总线接口电路11，DSP的EMIFA并行总线接口电路11用于将第一、第二模数转换芯片(3、4)转换好的数据读取回到DSP中处理。

本实用新型中，第一、第二模数转换芯片(3、4)为8通道的芯片，其型号优选为AD7606。

参阅图2所示，模数转换初始化电路5包括第一芯片501、第一电阻R101和第二电阻R102，第一芯片501的型号优选为74HC164。第一芯片501的第1脚、第2脚和DSP串行总线SPI6相连接，目的是用于接收DSP串行总线SPI发出的相应控制字，其第3-5脚分别对应的与第一模数转换芯片3的第3-5脚相连接，其第6-11脚分别对应的与第二模数转换芯片4的第3-5脚相连接，目的是用于对第一、第二模数转换芯片(3、4)的模数转换过采样设置，其第12脚分别与第一模数转换芯片3的第11脚、第二模数转换芯片4的第11脚相连接，目的是为了同步对第一、第二模数转换芯片(3、4)进行复位，其第13脚通过第一电阻R101与第一模数转换芯片3的第8脚、且第一芯片501的第13脚还通过第二电阻R102与第二模数转换芯片4的第8脚相连接，便于对第一、第二模数转换芯片(3、4)的量程范围进行同步的设定。本实用新型中，模数转换过采样设置要用六个控制引脚，模数转换开启触发需要一个引脚，模数转换复位需要一个引脚。如果单独使用DSP的管脚要用8个引脚来控制，通过使用了DSP串行总线SPI6和第一芯片501的结合，节省了DSP的6个引脚。且因使用的是DSP内部硬件结构也节省了CPU的消耗。

参阅图3所示，同步触发转换电路12包括电路网络标口ADCLK和第三至六电阻(R21、R22、R23、R24)，电路网络标口ADCLK分别经第三、第四电阻(R21、R23)与第一模数转换芯片3的第9脚、第10脚相连接，且电路网络标口ADCLK还分别经第五、第六电阻(R22、R24)与第二模数转换芯片4的第9脚、第10脚相连接，其中，电路网络标口ADCLK与DSP的PWM输出端口7相连接。只要在模数转换的频率范围内，控制PWM输出端口7的PWM的输出频率就可以控制模数转换AD7606的转换速率，解决了第一、第二模数转换芯片(3、4)同步启动的问题。

参阅图4所示，转换完成读取忙碌检测电路8包括第一、第二二极管(D5、D6)和第七电阻R25，第一、第二二极管(D5、D6)的阳极分别与第一模数转换芯片3的第14脚、第二模数转换芯片4的第14脚相连接、第一、第二二极管(D5、D6)的阴极与DSP的中断引脚9、第七电阻R25的一端相连接，第七电阻R25的另一端接地。本实用新型中，第一、第二二极管(D5、D6)和第七电阻R25构成简单的或门电路。只有当第一、第二模数转换芯片(3、4)都转换完成且数据读取不忙的时候，第一、第二模数转换芯片(3、4)的14引脚都输出低电平后，第一、第二二极管(D5、D6)的阴极才会从高电平跳变到低电平，这个信号的变化传送到DSP的中断引脚9，通知DSP读取第一、第二模数转换芯片(3、4)转换完成的数据，并且使数据的读取趋于同步。

参阅图5所示，模拟信号输入接口电路包括第二芯片PAD3和第三芯片PAD4，第二芯片PAD3的第1、3、5、7、9、11、13、15脚分别与第一模数转换芯片3的第63、61、59、57、55、53、51、49脚相连接，第二芯片PAD3的第2、4、6、8、10、12、14、16脚接地，第三芯片PAD4的第1、3、5、7、9、11、13、15脚分别与第二模数转换芯片4的第63、61、59、57、55、53、51、49脚相连接，第三芯片PAD4的第2、4、6、8、10、12、14、16脚接地。本实用新型中，外部输入的模拟信号，可以直接由电压/电流霍尔传感器输入0到±10V的模拟信号，不再需要任何处理，除去了外部信号处理电路，大大简化了电路，且减少了外部信号放大和处理过程中可能带来的二次干扰。

参阅图6所示，DSP的EMIFA并行总线接口电路8包括第一至十九端口1-19，第一至十九端口1-19分别与第一模数转换芯片3的第16-33脚、第二模数转换芯片4的第16-33脚相连接。本实用新型中，DSP的EMIFA总线用一个访问外部存储器的地址访问第一模数转换芯片3时，会自动选中第一模数转换芯片3的片选，和第一模数转换芯片3单独通信，确保了读取的数据与输入的模拟信号相对应。第二模数转换芯片4的读取也是如此。通过DSP并行总线的不同地址分别访问第一、第二模数转换芯片(3、4)，将第一、第二模数转换芯片(3、4)转换好的数据高速的读取回到DSP中处理，确保了装置的实时性。较佳的，该装置不仅仅适用于DSP的EMIFA总线，有16位数据总线的MCU也同样适用，即使没有16位总线也可以模拟总线达到获取16个通道转换完成数据的需要，只是速度要比DSP EMIFA总线慢。

参阅图7所示，第一、第二模数转换芯片(3、4)与电源之间还均设有电源滤波电路14，电源滤波电路14包括第一、第二电感(L3、L4)和第一、第二电容(C28、C29)，第一、第二电感(L3、L4)相互串联，第一电感L3的一端与电源相连接，第一电容C28的一端连接在第一电感L3的另一端，其另一端接地，第二电容C29的一端连接在第二电感L4的另一端，其另一端接地。通过对电源1部分进行滤波，减少外部电源波动影响装置的转换精度。

参阅图8所示，还包括模拟地和数字地处理电路12，模拟地和数字地处理电路12分别连接在第一模数转换芯片3的数字地和模拟地之间、第二模数转换芯片4的数字地和模拟地之间，模拟地和数字地处理电路包括第八电阻R8，第八电阻R8的阻值为0欧姆。这样是为了减少模拟地和数字地之间相互的干扰，确保了整个多路转换系统的高精度。

综上，本装置利用两片八通道的第一、第二模数转换芯片配合模数转换初始化电路，同步触发转换电路，转换完成读取忙碌检测电路，模拟信号输入接口电路和DSP的EMIFA并行总线接口电路，设计出了16通道同时高速采样的装置，该装置具有下列优点：

1)、该装置可以直接连接到霍尔电流电压传感器传输的±5v电压，不再需要外部放大电路和信号处理电路。

2)、本装置使用了DSP内部串行总线俩线模式的SPI和第一芯片501(74HC164)的结合，节省了DSP的6个引脚，节省了DSP的CPU的消耗，提高了模数转换的速率。

3)、本装置将第一、第二模数转换芯片的开启信号连接到DSP的PWM输出端口，通过DSP设置PWM的输出频率来确保第一、第二模数转换芯片同步的转换速率。

4)、第一、第二模数转换芯片的数据输出端口都连接到了DSP的EMIFA并行外部总线接口，总线通过不同的地址分别选通俩片模数转换芯片AD7606，并将数据依次读取。

5)、转换精度高，转换速率达到200k，极力满足了有源电力滤波器多路电压电流信号同步采样的需求，而且结合第一、第二模数转换芯片和DSP电路的硬件特点，进一步化简了电路结构，降低了成本。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置，包括电源(1)，其特征在于：还包括：

模数转换芯片电路(2)，所述模数转换芯片电路(2)包括第一、第二模数转换芯片(3、4)，所述第一、第二模数转换芯片(3、4)用于对模拟信号进行模数转换，其中，所述第一模数转换芯片(3)与所述电源(1)相连接；

模数转换初始化电路(5)，所述模数转换初始化电路(5)用于根据DSP串行总线SPI(6)发出的控制字，选择所述第一、第二模数转换芯片(3、4)的硬件过采样设置，以及用于对所述第一、第二模数转换芯片(3、4)进行量程同步设定和复位；

同步触发转换电路(13)，所述同步触发转换电路(13)用于根据DSP的PWM输出端口(7)输出的PWM频率控制所述第一、第二模数转换芯片(3、4)的转换速率；

转换完成读取忙碌检测电路(8)，所述转换完成读取忙碌检测电路(8)用于检测所述第一、第二模数转换芯片(3、4)是否转换完成以及数据读取闲忙状态，并在所述第一、第二模数转换芯片(3、4)均转换完成且数据读取不忙时，发出中断信号至DSP的中断引脚(9)；

模拟信号输入接口电路(10)，所述模拟信号输入接口电路(10)用于输入16通道模拟信号至所述第一、第二模数转换芯片(3、4)；

DSP的EMIFA并行总线接口电路(11)，所述DSP的EMIFA并行总线接口电路(11)用于将所述第一、第二模数转换芯片(3、4)转换好的数据读取回到DSP中处理。

2.如权利要求1所述的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置，其特征在于：所述模数转换初始化电路(5)包括第一芯片(501)、第一电阻(R101)和第二电阻(R102)，所述第一芯片(501)的第1脚、第2脚和所述DSP串行总线SPI(6)相连接，其第3-5脚分别对应的与所述第一模数转换芯片(3)的第3-5脚相连接，其第6-11脚分别对应的与所述第二模数转换芯片(4)的第3-5脚相连接，其第12脚分别与所述第一模数转换芯片(3)的第11脚、第二模数转换芯片(4)的第11脚相连接，其第13脚通过所述第一 电阻(R101)与所述第一模数转换芯片(3)的第8脚、且第一芯片(501)的第13脚还通过所述第二电阻(R102)与所述第二模数转换芯片(4)的第8脚相连接。

3.如权利要求1所述的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置，其特征在于：所述同步触发转换电路(6)包括电路网络标口(ADCLK)和第三至六电阻(R21、R22、R23、R24)，所述电路网络标口(ADCLK)分别经第三、第四电阻(R21、R23)与所述第一模数转换芯片(3)的第9脚、第10脚相连接，且电路网络标口(ADCLK)还分别经第五、第六电阻(R22、R24)与所述第二模数转换芯片(4)的第9脚、第10脚相连接，其中，所述电路网络标口(ADCLK)与所述DSP的PWM输出端口(7)相连接。

4.如权利要求1所述的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置，其特征在于：所述转换完成读取忙碌检测电路(8)包括第一、第二二极管(D5、D6)和第七电阻(R25)，所述第一、第二二极管(D5、D6)的阳极分别与所述第一模数转换芯片(3)的第14脚、第二模数转换芯片(4)的第14脚相连接、第一、第二二极管(D5、D6)的阴极与所述DSP的中断引脚(9)、第七电阻(R25)的一端相连接，所述第七电阻(R25)的另一端接地。

5.如权利要求1所述的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置，其特征在于：所述模拟信号输入接口电路包括第二芯片(PAD3)和第三芯片(PAD4)，所述第二芯片(PAD3)的第1、3、5、7、9、11、13、15脚分别与所述第一模数转换芯片(3)的第63、61、59、57、55、53、51、49脚相连接，所述第二芯片(PAD3)的第2、4、6、8、10、12、14、16脚接地，所述第三芯片(PAD4)的第1、3、5、7、9、11、13、15脚分别与所述第二模数转换芯片(4)的第63、61、59、57、55、53、51、49脚相连接，所述第三芯片(PAD4)的第2、4、6、8、10、12、14、16脚接地。

6.如权利要求1所述的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置，其特征在于：所述DSP的EMIFA并行总线接口电路(8)包括第一至十九端口(1-19)，所述第一至十九端口(1-19)分别与所述第一模数转换芯片(3)的 第16-33脚、第二模数转换芯片(4)的第16-33脚相连接。

7.如权利要求1所述的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置，其特征在于：所述第一、第二模数转换芯片(3、4)与所述电源(1)之间还均设有电源滤波电路(14)，所述电源滤波电路(14)包括第一、第二电感(L3、L4)和第一、第二电容(C28、C29)，所述第一、第二电感(L3、L4)相互串联，所述第一电感(L3)的一端与所述电源(1)相连接，所述第一电容(C28)的一端连接在所述第一电感(L3)的另一端，其另一端接地，所述第二电容(C29)的一端连接在所述第二电感(L4)的另一端，其另一端接地。

8.如权利要求1所述的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置，其特征在于：还包括模拟地和数字地处理电路(12)，所述模拟地和数字地处理电路(12)分别连接在所述第一模数转换芯片(3)的数字地和模拟地之间、所述第二模数转换芯片(4)的数字地和模拟地之间，所述模拟地和数字地处理电路包括第八电阻(R8)，所述第八电阻(R8)的阻值为0欧姆。

9.如权利要求8所述的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置，其特征在于：所述第一、第二模数转换芯片(3、4)的型号为AD7606。

10.如权利要求9所述的电力谐波16通道信号输入同步采样转换采集装置，其特征在于：所述第一芯片(501)的型号为74HC164。