一種基于msp430f247ipm的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:包括三相電單元、電力傳感器單元以及信號處理和監(jiān)控單元，信號處理和監(jiān)控單元包括信號調(diào)理模塊、采樣保持模塊、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(diào)理模塊連接，信號調(diào)理模塊、采樣保持模塊、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(shè)計合理、成本較低、使用方便、監(jiān)測全面、靈活性好、可靠性高、便于推廣使用，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
【專利說明】—種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于一種電力系統(tǒng)電能信息采集系統(tǒng)，具體涉及一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[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(yè)中大部分的交流用電設(shè)備，例如電動機(jī)，都采用三相交流電，也就是經(jīng)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(dāng)采用照明電供電時，使用三相電其中的一相對用電設(shè)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(qū)別:發(fā)電機(jī)發(fā)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(gòu)成一個單相回路為用戶提供電力能源。注意在這里交流回路中不能稱做正極或負(fù)極，應(yīng)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(guī)定，380伏(三相)的民用電源的中性線是不應(yīng)該在進(jìn)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于電源電壓的電位，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(gòu)成回路，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(hù)器功能的實現(xiàn)，(漏電保護(hù)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(shè)備內(nèi)部漏電，這時電流從火線通過人體或電器設(shè)備外殼流入大地，而不流經(jīng)零線，火線和零線的電流就會不相等，漏電保護(hù)器檢測到這部分電流差別后立刻跳閘保護(hù)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(hù)器就失去了作用，不能保護(hù)人身和電器設(shè)備的短路了。
[0005]三相電在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用幾乎無孔不入，滲透到電力系統(tǒng)應(yīng)用的各個方面，隨著我國電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，變電所的微機(jī)監(jiān)控及微機(jī)保護(hù)技術(shù)得到迅速的發(fā)展和普及。國內(nèi)外許多公司和科研機(jī)構(gòu)研制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(wěn)定、不易受干擾的特點，目前多電參數(shù)測量方法普遍存在的電路復(fù)雜、造價高、可測參數(shù)有限、參數(shù)監(jiān)測不便等諸多問題。因此，根據(jù)應(yīng)用的需要，開發(fā)具有高便攜性和實用性的三相電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成對工業(yè)強(qiáng)電設(shè)備運行中三相電信號實時準(zhǔn)確的采集、存儲等功能，對實現(xiàn)工業(yè)強(qiáng)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)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(nèi)容
[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本實用新型設(shè)計合理、成本較低、使用方便、監(jiān)測全面、靈活性好、可靠性高、便于推廣使用，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:包括三相電單元、電力傳感器單元以及信號處理和監(jiān)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(jiān)控單元包括信號調(diào)理模塊、采樣保持模塊、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(diào)理模塊連接，所述信號調(diào)理模塊、采樣保持模塊、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]上述的一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是:所述微處理器為MSP430F247IPM單片機(jī)。
[0009]上述的一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是:所述功率傳感器為型號C111S41的功率傳感器。
[0010]上述的一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是: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]上述的一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是:所述存儲模塊為SD存儲卡。
[0012]上述的一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是: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]上述的一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是: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(jiān)測切換按鍵。
[0014]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0015]1、本實用新型以MSP430F247IPM為核心設(shè)計的三相電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用電壓傳感器、電流傳感器和功率傳感器準(zhǔn)確、安全的獲取三相電各個參數(shù)信號，數(shù)據(jù)的存儲采用SD卡存儲方式，并可通過通信接口模塊發(fā)送數(shù)據(jù)至上位機(jī)或者便攜式無線通信設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用靈活性、便捷性和可靠性。
[0016]2、本實用新型通過測試軟件的標(biāo)定換算，數(shù)據(jù)采集的結(jié)果是準(zhǔn)確并有效的，從而驗證了方案中所設(shè)計的三相電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠為三相電供電的動力系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)測研究奠定良好的數(shù)據(jù)平臺。
[0017]綜上所述，本實用新型設(shè)計合理、成本較低、使用方便、監(jiān)測全面、靈活性好、可靠性高、便于推廣使用，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0018]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)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(diào)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(biāo)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(diào)理模塊；6_采樣保持模塊；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，一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:包括三相電單元1、電力傳感器單元以及信號處理和監(jiān)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(jiān)控單元包括信號調(diào)理模塊5、采樣保持模塊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(diào)理模塊5連接，所述信號調(diào)理模塊5、采樣保持模塊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(jī)，MSP430系列單片機(jī)的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。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、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、10 位/12 位 ADC、16 位 ADC、DMA、I/0 端口、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(fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時器，可設(shè)計出A/D轉(zhuǎn)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，可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、PWM等；有的器件更具有可實現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的I/O端口，P0、P1、P2端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12位硬件A/D轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)200kbps，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動液晶多達(dá)160段；實現(xiàn)兩路的12位D/A轉(zhuǎn)換；硬件I2C串行總線接口實現(xiàn)存儲器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用的DMA模塊。MSP430系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。
[0031]如圖3所示，信號調(diào)理模塊5采用INA126U，INA126U是精密低噪聲差分信號采集儀表放大器，內(nèi)部采用兩個運放設(shè)計，使之具有非常低的靜態(tài)電流(175μΑ)和有很寬電源供電范圍(±1.35?±18V),可用于便攜式儀表和數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)。
[0032]此元件采用8引腳封裝方式，增益可以設(shè)置從5V/V到10000V/V的外部電阻。微調(diào)輸入電路提供低失調(diào)電壓(250 μ V最大值)，低失調(diào)電壓漂移(3yV/°Cmax)和出色的共模抑制。電源電壓范圍-36V?+36V，輸入信號電壓范圍-0.7疒+0.7V。增益是由連接外部電阻RG來計算的。采用INA126對三相電傳感器單元各個傳感器傳回來的電壓值進(jìn)行放大，然后送到MSP430單片機(jī)前端的采樣保持模塊6、多路選擇模塊7，經(jīng)過信號保持和切換最終將所采集信號送入MSP430單片機(jī)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(jī)的 P5.0、P5.1、P5.2、P5.3 引腳相連，MSP430F247IPM 通過軟件模擬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(jiān)測切換按鍵。
[0038]本實施例中，液晶模塊采用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(shù)據(jù)以一字節(jié)為單位傳送，顯示清晰，并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(jīng)過電壓傳感器2、電流傳感器3和功率傳感器4采集，再經(jīng)過信號調(diào)理模塊5、采樣保持模塊6、多路選擇模塊7和微處理器8依次的變換、處理，最終將所采集的信號數(shù)據(jù)存入存儲模塊10，并由通信模塊11以有線或者無線的方式發(fā)送給上位機(jī)、便攜式智能終端監(jiān)測，能夠全面反映三相電供電設(shè)備的運行狀態(tài)，從而獲得準(zhǔn)確、可靠的三相電信號監(jiān)測信息，為后續(xù)各項研究打下基礎(chǔ)。
[0040]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:包括三相電單元(I)、電力傳感器單元以及信號處理和監(jiān)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(jiān)控單元包括信號調(diào)理模塊(5)、采樣保持模塊(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(diào)理模塊(5)連接，所述信號調(diào)理模塊(5)、采樣保持模塊(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(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是:所述微處理器(8)為MSP430F247IPM單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是:所述功率傳感器(4)為型號C111S41的功率傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是: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(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是:所述存儲模塊(10)為SD存儲卡。
6.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于MSP430F247IPM的三相電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是: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(yōu)先權(quán)日:2014年3月23日
【發(fā)明者】韓東 申請人:韓東