一種基於msp430f247ipm的三相電數據採集系統的製作方法
2023-12-11 07:35:57 2
一種基於msp430f247ipm的三相電數據採集系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統，其特徵在於:包括三相電單元、電力傳感器單元以及信號處理和監控單元，信號處理和監控單元包括信號調理模塊、採樣保持模塊、多路選擇模塊和微處理器,三相電單元的輸出端與電壓傳感器、電流傳感器和功率傳感器組成的電力傳感器單元相連，電力傳感器單元與信號調理模塊連接，信號調理模塊、採樣保持模塊、多路選擇模塊依次相連，多路選擇模塊與微處理器相連，微處理器與電源模塊、存儲模塊、通信模塊、按鍵模塊和顯示模塊相連接。本實用新型設計合理、成本較低、使用方便、監測全面、靈活性好、可靠性高、便於推廣使用，有效解決了現有技術的不足。
【專利說明】—種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於一種電力系統電能信息採集系統，具體涉及一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統。
【背景技術】
[0002]三相交流電是電能的一種輸送形式，簡稱為三相電。三相交流電源，是由三個頻率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流電勢組成的電源。三相交流電的用途很多，工業中大部分的交流用電設備，例如電動機，都採用三相交流電，也就是經常提到的三相四線制。而在日常生活中，多使用單相電源，也稱為照明電。當採用照明電供電時，使用三相電其中的一相對用電設備供電，例如家用電器，而另外一根線是三相四線之中的第四根線，也就是其中的零線，該零線從三相電的中性點引出。
[0003]三相電源與單相電源的區別:發電機發出的電源都是三相的，三相電源的每一相與其中性點都可以構成一個單相迴路為用戶提供電力能源。注意在這裡交流迴路中不能稱做正極或負極，應該叫線端(民用電中稱火線)和中性線(民用電中稱零線)。
[0004]按照規定，380伏(三相)的民用電源的中性線是不應該在進戶端接地的(在變壓器端接地，這個接地是考慮到不能因懸浮電位造成高於電源電壓的電位，用戶端的接地與變壓器端的接地在大地中是存在一定的電阻的)，供電方式是一根火線和一根零線(中性點引出線)構成迴路，在單相三芯的電源插孔中還接有一根接地線。這是考慮到漏電保護器功能的實現，(漏電保護器的工作原理是:如果有人體觸摸到電源的線端即火線，或電器設備內部漏電，這時電流從火線通過人體或電器設備外殼流入大地，而不流經零線，火線和零線的電流就會不相等，漏電保護器檢測到這部分電流差別後立刻跳閘保護人身和電器的安全，一般這個差流選擇在幾十毫安)如果，把電源的中性點不直接接地(這在民用電施工中是不允許的)，漏電保護器就失去了作用，不能保護人身和電器設備的短路了。
[0005]三相電在工業領域的應用幾乎無孔不入，滲透到電力系統應用的各個方面，隨著我國電力工業的迅猛發展，變電所的微機監控及微機保護技術得到迅速的發展和普及。國內外許多公司和科研機構研製出不同測量原理的各種電量測量儀表和智能單元。三相電信號具有穩定、不易受幹擾的特點，目前多電參數測量方法普遍存在的電路複雜、造價高、可測參數有限、參數監測不便等諸多問題。因此，根據應用的需要，開發具有高便攜性和實用性的三相電信號數據採集系統，完成對工業強電設備運行中三相電信號實時準確的採集、存儲等功能，對實現工業強電設備狀態監測以及故障診斷等工作都是十分重要和有意義的。
實用新型內容
[0006]本實用新型所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統。本實用新型設計合理、成本較低、使用方便、監測全面、靈活性好、可靠性高、便於推廣使用，有效解決了現有技術的不足。[0007]為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是:一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統，其特徵在於:包括三相電單元、電力傳感器單元以及信號處理和監控單元，所述電力傳感器單元由電壓傳感器、電流傳感器和功率傳感器組成，所述信號處理和監控單元包括信號調理模塊、採樣保持模塊、多路選擇模塊和微處理器，所述三相電單元的輸出端與電壓傳感器、電流傳感器和功率傳感器相連，所述電壓傳感器、電流傳感器和功率傳感器均與信號調理模塊連接，所述信號調理模塊、採樣保持模塊、多路選擇模塊依次相連，所述多路選擇模塊與微處理器相連，所述微處理器與電源模塊、存儲模塊、通信模塊、按鍵模塊和顯示模塊相連接。
[0008]上述的一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統，其特徵是:所述微處理器為MSP430F247IPM單片機。
[0009]上述的一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統，其特徵是:所述功率傳感器為型號C111S41的功率傳感器。
[0010]上述的一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統，其特徵是:所述電源模塊為三相交流電變換的直流電或者鋰離子電池。
[0011]上述的一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統，其特徵是:所述存儲模塊為SD存儲卡。
[0012]上述的一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統，其特徵是:所述通信模塊支持紅外、RS232、wif 1、zigbee、GPRS中的一種或者幾種通訊方式。
[0013]上述的一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統，其特徵是:所述按鍵模塊為三相交流電的電壓、電流、相位、三相相別、有功和無功功率的功能監測切換按鍵。
[0014]本實用新型與現有技術相比具有以下優點:
[0015]1、本實用新型以MSP430F247IPM為核心設計的三相電信號數據採集系統，採用電壓傳感器、電流傳感器和功率傳感器準確、安全的獲取三相電各個參數信號，數據的存儲採用SD卡存儲方式，並可通過通信接口模塊發送數據至上位機或者可攜式無線通信設備進行數據監測，提高了數據採集系統的應用靈活性、便捷性和可靠性。
[0016]2、本實用新型通過測試軟體的標定換算，數據採集的結果是準確並有效的，從而驗證了方案中所設計的三相電信號數據採集系統能夠為三相電供電的動力系統運行狀態監測研究奠定良好的數據平臺。
[0017]綜上所述，本實用新型設計合理、成本較低、使用方便、監測全面、靈活性好、可靠性高、便於推廣使用，有效解決了現有技術的不足。
[0018]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的整體結構框圖。
[0020]圖2為本實用新型的微處理器模塊電路圖。
[0021]圖3為本實用新型的信號調理模塊電路圖。
[0022]圖4為本實用新型的液晶顯示模塊電路圖。
[0023]圖5為本實用新型的液晶屏背光電路圖。
[0024]圖6為本實用新型的存儲模塊電路圖。[0025]附圖標記說明:
[0026]1-三相電單元；2_電壓傳感器；3_電流傳感器；4_功率傳感器；
[0027]5-信號調理模塊；6_採樣保持模塊；7_多路選擇模塊；8_微處理器；
[0028]9-電源模塊；10-存儲模塊；11-通信模塊；12-按鍵模塊；13-顯示模塊。
【具體實施方式】
[0029]如圖1所示，一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統，其特徵在於:包括三相電單元1、電力傳感器單元以及信號處理和監控單元，所述電力傳感器單元由電壓傳感器2、電流傳感器3和功率傳感器4組成，所述信號處理和監控單元包括信號調理模塊5、採樣保持模塊6、多路選擇模塊7和微處理器8，所述三相電單元I的輸出端與電壓傳感器2、電流傳感器3和功率傳感器4相連，所述電壓傳感器2、電流傳感器3和功率傳感器4均與信號調理模塊5連接，所述信號調理模塊5、採樣保持模塊6、多路選擇模塊7依次相連，所述多路選擇模塊7與微處理器8相連，所述微處理器8與電源模塊9、存儲模塊10、通信模塊11、按鍵模塊12和顯示模塊13相連接。
[0030]本實施例中，所述微處理器8為MSP430F247IPM單片機，MSP430系列單片機的各系列都集成了較豐富的片內外設。它們分別是看門狗(WDT)、模擬比較器A、定時器A0(Timer_A0)、定時器Al(Timer_Al)、定時器B0(Timer_B0)、UART、SPI, I2C、硬體乘法器、液晶驅動器、10 位/12 位 ADC、16 位 ADC、DMA、I/0 埠、基本定時器(Basic Timer)、實時時鐘(RTC)和USB控制器等若干外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復位；模擬比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器，可設計出A/D轉換器；16位定時器(Timer_A和Timer_B)具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用於事件計數、時序發生、PWM等；有的器件更具有可實現異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實現多機通信等應用；具有較多的I/O埠，P0、P1、P2埠能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12位硬體A/D轉換器有較高的轉換速率，最高可達200kbps，能夠滿足大多數數據採集應用；能直接驅動液晶多達160段；實現兩路的12位D/A轉換；硬體I2C串行總線接口實現存儲器串行擴展；以及為了增加數據傳輸速度，而採用的DMA模塊。MSP430系列單片機的這些片內外設為系統的單片解決方案提供了極大的方便。
[0031]如圖3所示，信號調理模塊5採用INA126U，INA126U是精密低噪聲差分信號採集儀表放大器，內部採用兩個運放設計，使之具有非常低的靜態電流(175μΑ)和有很寬電源供電範圍(±1.35?±18V),可用於可攜式儀表和數據米集系統。
[0032]此元件採用8引腳封裝方式，增益可以設置從5V/V到10000V/V的外部電阻。微調輸入電路提供低失調電壓(250 μ V最大值)，低失調電壓漂移(3yV/°Cmax)和出色的共模抑制。電源電壓範圍-36V?+36V，輸入信號電壓範圍-0.7疒+0.7V。增益是由連接外部電阻RG來計算的。採用INA126對三相電傳感器單元各個傳感器傳回來的電壓值進行放大，然後送到MSP430單片機前端的採樣保持模塊6、多路選擇模塊7，經過信號保持和切換最終將所採集信號送入MSP430單片機的AD接口。
[0033]本實施例中，所述功率傳感器4為型號C111S41的功率傳感器。
[0034]本實施例中，所述電源模塊9為三相交流電變換的直流電或者鋰離子電池。
[0035]如圖6所示，本實施例中，所述存儲模塊10為SD存儲卡。SD存儲卡與MSP430F247IPM 單片機的 P5.0、P5.1、P5.2、P5.3 引腳相連，MSP430F247IPM 通過軟體模擬SPI通信模式與SD存儲卡通信。
[0036]本實施例中，所述通信模塊11支持紅外、RS232、wif1、zigbee、GPRS中的一種或者幾種通訊方式。
[0037]本實施例中，所述按鍵模塊12為三相交流電的電壓、電流、相位、三相相別、有功和無功功率的功能監測切換按鍵。
[0038]本實施例中，液晶模塊採用STN液晶屏幕顯示，其外部電路及引腳連接如圖4所示，此顯示屏和一般顯示屏引腳功能相似，數據以一字節為單位傳送，顯示清晰，並且有單獨的背光控制引腳。背光有單獨的引腳連接，如圖5所示。
[0039]實際使用過程中，三相電單元I的各相電壓、電流和功率信號經過電壓傳感器2、電流傳感器3和功率傳感器4採集，再經過信號調理模塊5、採樣保持模塊6、多路選擇模塊7和微處理器8依次的變換、處理，最終將所採集的信號數據存入存儲模塊10，並由通信模塊11以有線或者無線的方式發送給上位機、可攜式智能終端監測，能夠全面反映三相電供電設備的運行狀態，從而獲得準確、可靠的三相電信號監測信息，為後續各項研究打下基礎。
[0040]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本實用新型技術方案的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統，其特徵在於:包括三相電單元(I)、電力傳感器單元以及信號處理和監控單元，所述電力傳感器單元由電壓傳感器(2)、電流傳感器(3)和功率傳感器(4)組成，所述信號處理和監控單元包括信號調理模塊(5)、採樣保持模塊(6)、多路選擇模塊(7)和微處理器(8)，所述三相電單元(I)的輸出端與電壓傳感器(2)、電流傳感器(3)和功率傳感器(4)相連，所述電壓傳感器(2)、電流傳感器(3)和功率傳感器(4)均與信號調理模塊(5)連接，所述信號調理模塊(5)、採樣保持模塊(6)、多路選擇模塊(7)依次相連，所述多路選擇模塊(7)與微處理器(8)相連，所述微處理器(8)與電源模塊(9 )、存儲模塊(10 )、通信模塊(11)相連接。
2.根據權利要求書I所述的一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統，其特徵是:所述微處理器(8)為MSP430F247IPM單片機。
3.根據權利要求書I所述的一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統，其特徵是:所述功率傳感器(4)為型號C111S41的功率傳感器。
4.根據權利要求書I所述的一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統，其特徵是:所述電源模塊(9)為三相交流電變換的直流電或者鋰離子電池。
5.根據權利要求書I所述的一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統，其特徵是:所述存儲模塊(10)為SD存儲卡。
6.根據權利要求書I所述的一種基於MSP430F247IPM的三相電數據採集系統，其特徵是:所述通信模塊(11)是紅外、RS232、wif1、zigbee, GPRS中的一種。
【文檔編號】G01R21/133GK203732619SQ201420130955
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月23日 優先權日:2014年3月23日
【發明者】韓東 申請人:韓東