基于嵌入式WinCE系统的电能质量监测仪

　　0 引言

　　电能的应用程度是衡量一个国家电力发展水平的重要标志之一。近年来，用户对电能质量的要求越来越高，使得电能质量问题日益紧迫地摆在了大家的面前，电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益。

　　为了提高供电质量，保证电网和供电设备安全、经济及可靠运行，国内外许多研究机构和公司研制生产了各种功能的电力参数分析仪表、仪器，但传统的基于有效值理论的监测技术已经不能完整、准确地描述实际发生的动态电能质量问题。在此，设计了一种基于嵌入式系统的电能质量参数监测仪，改进了以往同类监测仪的缺点，能实时地显示出动态电能质量的参数变化，具有较高的实际应用价值。

　　1 电力参数的计算

　　电能质量主要包括由公用电网供给用户端交流电能品质的一些参数。本文主要讨论国家标准涉及的各项稳态指标，如频率、电压(电流)、谐波、闪变、三相不平衡度等，以及功率、相位差、谐波畸变率等相关指标的分析测量，这也是一般的电能质量测量分析仪器所关心的电能质量指标。

　　下面给出各项电能参数的计算方法：

　　电压有效值的离散化计算公式：

　　式中：UA，UB，UC，IA，IB，IC分别为各相电压电流的有效值。

　　式中：fs为所选晶振频率(单位为Hz);TCnt为一个整周期定时器计数值。

　　谐波含量就是各次谐波的平方和开方。谐波电压含量与谐波电流含量分别表示为：

　　2 系统整体结构

　　基于ARM9和嵌入式Windows CE系统的整体结构图如图1所示。

　　该系统采用DSP+ARM9的双CPU形式，其中，DSP采用TI公司的TMS320F2812;ARM9采用Samsung的S3C2410。该系统中ARM部分用购买的开发板进行开发测试。

　　TMS320F2812提供了足够的处理能力，使一些复杂实时控制算法的应用成为可能，它主要完成对三相交流电压、电流的数据采集，电压和电流经过信号调理电路，经互感器隔离降压，经低通滤波器滤除高频分量，使电压和电流进入TMS320F2812处理器，之后通过TMS320F2812对这些数据进行计算处理，再通过CAN总线通信将处理好的数据传送给ARM模块。

　　S3C24lO是Samsung公司推出的16/32位RISC处理器，具有低成本、低功耗、小体积、高性能的特点，集成了丰富的片上资源。系统中，其主要作用是利用CAN总线通信来接收从DSP传过来的数据，并对其进行LCD显示，以实现实时监测，同时，还可通过USB接口将数据存储到U盘上。其中，TMS320F2812的CAN收发器型号为PCA82C250。TMS320F2812片上集成了CAN通信接口，可直接与PCA82C250上的TXD和RXD相连，并将信号转换成CANH，CAHL后，在CAN总线上传输。由于ARM开发板并没有提供CAN接口，所以此部分要进行外扩。S3C2410与CAN总线的接口采用SPI转CAN的方式，控制器采用Microchip公司的MCP2515。S3C24lO的SPI接口可直接与MCP2515控制器的SPI接口相连，控制器输出端的信号经PCA82C250转化为CANH，CANL后，在CAN总线上传输。