電弧爐諧波檢測儀的設(shè)計(jì)研究

2 硬件電路設(shè)計(jì)
整個檢測儀表的硬件電路包括信號采集處理環(huán)節(jié)、單片機(jī)數(shù)據(jù)處理以及顯示和通信等3部分組成，如圖1所示。

2．1 信號采集處理環(huán)節(jié)
信號采集處理環(huán)節(jié)包括電流信號的采集、放大和濾波3個部分，如圖2所示，其所要完成的目標(biāo)是把被測電流信號變換為滿足單片機(jī)電路要求的電壓信號。

其中，電流采集部分使用HCT210A電流互感器，將被測電壓信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓信號。放大電路先對該信號進(jìn)行分壓，然后將3路信號通過由LM324芯片所組成的放大電路，此時的電壓信號中高頻分量容易超過A／D轉(zhuǎn)換芯片的工作頻率，造成頻譜混疊和高頻干擾，因此在此時必須加上一個濾波環(huán)節(jié)以消除高頻影響。為了可以方便地改變截至頻率，在該環(huán)節(jié)中選用開關(guān)電容濾波器MAX293來設(shè)計(jì)濾波電路，如圖3所示。

2．2 單片機(jī)數(shù)據(jù)處理
單片機(jī)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)的硬件部分包括A／D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理兩個部分。對于這里所使用的MSP43014X系列的單片機(jī)，雖然其內(nèi)部集成了12位A／D轉(zhuǎn)換器，但是由于需要多個通道同時轉(zhuǎn)換三相電壓、電流信號，因此要另外選取單獨(dú)的A／D轉(zhuǎn)換芯片，在這里選擇MAXl25芯片，該芯片是一個具有2×4通道同時采樣、14位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在A／D轉(zhuǎn)換過程中，首先采集A相電壓、電流，B相電壓、電流這4路信號；轉(zhuǎn)換結(jié)束后，單片機(jī)讀取4路采樣值然后再選擇C相電壓、電流進(jìn)行采樣。其核心部分單片機(jī)采用德州儀器公司(TI)的MSP430系列超低功耗微控制器。該芯片具有1個16位CPU、16位的寄存器以及常數(shù)發(fā)生器，能夠最大限度地提高代碼效率。為了使整個檢測裝置能夠快速實(shí)時達(dá)到檢測性能，單片機(jī)外接2塊通過譯碼器擴(kuò)展的64 KB的數(shù)據(jù)存儲器和1塊32 KB的EPROM片外程序存儲器。為了使該檢測儀能夠同時檢測三相電路的諧波信號，在硬件部分A／D轉(zhuǎn)換部分要設(shè)置1個三選一的開關(guān)，利用軟件系統(tǒng)控制每次采集并轉(zhuǎn)換的某一相位。外設(shè)與顯示設(shè)備的設(shè)計(jì)這里不再詳述。

3 系統(tǒng)軟件總體介紹
軟件設(shè)計(jì)主要采用C語言編程。在程序編程中，由于MSP430無法直接進(jìn)行復(fù)數(shù)運(yùn)算，必須把復(fù)數(shù)分解成實(shí)部與虛部的和，然后分別進(jìn)行計(jì)算，因此需要先將正弦表在程序中計(jì)算形成，以便程序在采樣之后讀取進(jìn)行運(yùn)算。另外在程序運(yùn)行后，需通過外設(shè)輸入相應(yīng)諧波次數(shù)。系統(tǒng)總體軟件結(jié)構(gòu)流程圖如圖4所示。

4 結(jié) 語
這里所提出的諧波檢測系統(tǒng)，利用MSP430系列單片機(jī)組成的相關(guān)采集與運(yùn)算電路。對電弧爐負(fù)載的電網(wǎng)電流諧波進(jìn)行實(shí)時的檢測并顯示，有助于對電弧爐系統(tǒng)進(jìn)行分析與控制和開展電力系統(tǒng)諧波抑制的研究。相比于DsP芯片，MsP430系列單片機(jī)更具有低功耗，低成本等優(yōu)點(diǎn)，適用于便攜設(shè)備的設(shè)計(jì)。