一種電力監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

摘要 介紹了一種電力監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計，給出了系統(tǒng)總體設(shè)計方案，并針對信號調(diào)理電路、A／D轉(zhuǎn)換電路、FPGA及外圍電路、USB接口以及電源模塊電路進(jìn)行了詳細(xì)介紹。該電力監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用USB+FPGA結(jié)構(gòu)，在提高傳輸速率的同時也增加了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲與預(yù)處理的靈活性，具有較強的適用性。
關(guān)鍵詞 電力監(jiān)控；數(shù)據(jù)采集；A／D轉(zhuǎn)換器；USB接口

隨著電力系統(tǒng)及其自動化的發(fā)展，越來越多的電力系統(tǒng)設(shè)備需要采用實時監(jiān)控以及數(shù)據(jù)采集，從而保證電力系統(tǒng)設(shè)備可以安全、可靠地運行。因此，對電力監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究，具有重要的現(xiàn)實意義。
本文設(shè)計了一種電力監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用USB接口作為通信方式，同時利用AD9238完成電力監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集，采集后的數(shù)據(jù)直接送到FPGA中。其中USB接口直接與FPGA相連，采集后的數(shù)據(jù)既可以暫存到FPGA中，也可直接經(jīng)過USB接口發(fā)送到PC中，同時對于采集后的數(shù)據(jù)也可以在FPGA內(nèi)部做相應(yīng)的預(yù)處理后上報給PC機(jī)。因此，該電力監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有更廣泛的適用性。

1 電力監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計
電力監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示，主要包括信號調(diào)理電路、A／D轉(zhuǎn)換器電路、FPGA及其外圍電路、USB接口以及電源電路等。

其中信號調(diào)理電路主要完成模擬信號的預(yù)處理，即經(jīng)過信號的調(diào)理使輸入模擬信號滿足A／D轉(zhuǎn)換器輸入信號要求，包括了輸入信號電壓范圍以及單端或是差分輸入形式等；A／D轉(zhuǎn)換器電路將調(diào)理后的模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，其中A／D轉(zhuǎn)換器的采樣速率和分辨率的選擇可針對不同系統(tǒng)需求選擇合適的性能指標(biāo)，設(shè)計中采用的AD9238采樣速率為40 Msample·s-1，分辨率為12 bit；FPGA及外圍電路主要將采集后的數(shù)字信號進(jìn)行存儲或相應(yīng)的預(yù)處理，由于其具有可編程的特點，使得該部分的處理功能具有更好的靈活性；為獲得較高的傳輸率，本設(shè)計利用USB接口電路將采集后的數(shù)據(jù)上報給PC機(jī)；電源模塊主要完成電壓轉(zhuǎn)換功能。