本发明专利技术涉及一种具有谐波检测功能的交流采样板，包括用于对电能表信号进行采集的交流采样模块、MCU、数据存储器。本发明专利技术采用交流采样芯片与MCU相结合的方式，将交流采样芯片的数据采样能力与MCU的数据运算能力相结合实现采样以及谐波检测功能。本发明专利技术中FFT算法由自己编程实现，而非采购的芯片中自带，产品量产时大大节约了成本。时大大节约了成本。时大大节约了成本。
【技术实现步骤摘要】
一种具有谐波检测功能的交流采样板
[0001]本专利技术涉及一种电能表中的交流采样电路板。
技术介绍
[0002]随着非线性设备的广泛使用，谐波所造成的危害日趋严重，对电力系统的安全和经济运行造成极大的影响。对电力系统谐波进行分析与检测，可从整体把握全网电能质量水平，对于配电网谐波治理、提高电能利用率和电网安全运行率至关重要。
[0003]现有市场上的有许多带有谐波计算功能的芯片，但如果直接采用这些功能芯片用于交流采样板的量产，则将使成本显著增加。本专利技术的目的是设计一种具有谐波检测功能的交流采样板，利用FFT算法编写谐波检测程序。
技术实现思路
[0004]为了克服现有技术中上述不足，本专利技术提供一种利用FFT算法编写谐波检测程序使得具有谐波检测功能的交流采样板。
[0005]本专利技术通过以下技术方案来实现：一种具有谐波检测功能的交流采样板，包括交流采样模块， 包括交流采样芯片，所述交流采样芯片的采样通道设有7路，包括三相电压 Ua、Ub、 Uc，三相电流 Ia、Ib、Ic，零线电流In，交流采样芯片每周期固定采样 128 点数据；MCU， MCU通过SPI 串行通讯接口与交流采样芯片通讯，读取交流采样芯片的采样数据，存到寄存器中，采集到的数据存储顺序依次为 Ua、 Ub、 Uc、 Ia、 Ib、 Ic、 In，MCU内还设有FFT计算模块，将读取到的电压电流采样数据，进行FFT运算，得到电压谐波分量及含有率、电流谐波分量及含有率；数据存储器，连接MCU， MCU将计算得到的数据，存入数据存储器内；上位机通过串口通讯接口实时读取MCU计算得到的数据,并在界面上显示。
[0006]作为优选，FFT算法包括：a、蝶形因子的生成利用蝶形因子的性质表示为：其中，N为采样点个数，此处为N=128，即将傅里叶单位圆分成128等份；k取值范围为0~N
‑
1，此处为0~127，b、 交流采样数据的顺序变换根据FFT算法要求，采样点序列在进行FFT计算之前，需对采样点序列进行重新排序，以8个采样点为例，
假设有8个采样点：x[0]，x[1]，x[2]，x[3]，x[4]，x[5]，x[6]，x[7]，将其分成两部分，序号为奇数部分和序号为偶数部分，得到序列1：x[0]，x[2]，x[4]，x[6]序列2：x[1]，x[3]，x[5]，x[7]再将序列1和2，也分别分成序号为奇数部分和序号为偶数部分，得到序列1： x[0]，x[4]序列2： x[2]，x[6]序列3： x[1]，x[5]序列4： x[3]，x[7]于是，重新排序后的采样点为：x[0]，x[4] ，x[2]，x[6]，x[1]，x[5]，x[3]，x[7]按照这种方法，编写排序函数，对128个采样点序列 x[0]，x[1]，x[2]，x[3]，x[4]，x[5]，x[6]，x[7]...x[126]，x[127]进行排序，得到的新序列为：x[0],x[64],x[32],x[96],x[16],x[80],x[48],x[112],x[8],x[72],x[40],x[104],x[24],x[88],x[56],x[120],x[4],x[68],x[36],x[100],x[20],x[84],x[52],x[116],x[12],x[76],x[44],x[108],x[28],x[92],x[60],x[124],x[2],x[66],x[34],x[98],x[18],x[82],x[50],x[114],x[10],x[74],x[42],x[106],x[26],x[90],x[58],x[122],x[6],x[70],x[38],x[102],x[22],x[86],x[54],x[118],x[14],x[78],x[46],x[110],x[30],x[94],x[62],x[126],x[1],x[65],x[33],x[97],x[17],x[81],x[49],x[113],x[9],x[73],x[41],x[105],x[25],x[89],x[57],x[121],x[5],x[69],x[37],x[101],x[21],x[85],x[53],x[117],x[13],x[77],x[45],x[109],x[29],x[93],x[61],x[125],x[3],x[67],x[35],x[99],x[19],x[83],x[51],x[115],x[11],x[75],x[43],x[107],x[27],x[91],x[59],x[123],x[7],x[71],x[39],x[103],x[23],x[87],x[55],x[119],x[15],x[79],x[47],x[111],x[31],x[95],x[63],x[127]；c、FFT算法的实现根据蝶形图设计FFT算法，蝶形图存在这样的规律：对于N个采样点的序列，其中N为2的整数次幂，共分log(N)/log2 级，第m级的蝶形因子个数为个，蝶形节点间距为，其中m=1~log(N)/log2，以8个采样点x(0)~x(7)为例，经排序后，通过其蝶形图，可以得出：
①ꢀ
蝶形一共分为三级（log(8)/log2 = 3 ）；
②ꢀ
各级蝶形因子和蝶形节点间距：第一级蝶形因子，蝶形结点的距离1；第二级蝶形因子，，蝶形结点的距离2；第三级蝶形因子，，，，蝶形结点的距离4；同理，当有128个采样点x[0]~x[127]时，N=128，可得到相应的蝶形图，根据其蝶形图设计FFT算法，可得到X[0]~X[127]，，根据FFT结果的共轭对称性，真正有用的值是X[0]~X[64]，其中，X[0]为直流分量，X[1]为基波，X[2]~X[64]为2~64次谐波分量，再由各次谐波分量与基波的百分比得到各次谐波含有率。
[0007]作为优选，MCU的I/O端口实现开关量的采集，实时捕捉外部设备的短接或开路状态，并主动上报给上位机。
[0008]本专利技术采用交流采样芯片与MCU相结合的方式，将交流采样芯片的数据采样能力与MCU的数据运算能力相结合实现采样以及谐波检测功能。
[0009]本专利技术的有益效果在于：本专利技术具有1～64次谐波检测功能，能实时检测电网上的谐波污染，可从整体把握全网电能质量水平，对于配电网谐波治理、提高电能利用率和电网安全运行率至关重要。本专利技术中FFT算法由自己编程实现，而非采购的芯片中自带，产品量产时大大节约了成本。
附图说明
[0010]图1是8个采样点的蝶形图。
[0011]图2是128个采样点的蝶形图。
[0012]图3是本专利技术的功能结构示意图。
具体实施方式
[0013]下面结合附图和具体实施方式对专利技术作进一步详细说明。
[0014]如图1、2、3所示，一种具有谐波检测功能的交流采样板，包括用于对电能表信号进行采集的交流采样模块、MCU、数据存储器。
[0015]交流采样模块，包括交流采样芯片，交流采样芯片的采样通道设有本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有谐波检测功能的交流采样板，其特征在于：包括，交流采样模块，包括交流采样芯片，所述交流采样芯片的采样通道设有7路，包括三相电压 Ua、Ub、 Uc，三相电流 Ia、Ib、Ic，零线电流In，交流采样芯片每周期固定采样 128 点数据；MCU，MCU通过SPI 串行通讯接口与交流采样芯片通讯，读取交流采样芯片的采样数据，存到寄存器中，采集到的数据存储顺序依次为 Ua、 Ub、 Uc、 Ia、 Ib、 Ic、 In，MCU内还设有FFT计算模块，将读取到的电压电流采样数据，进行FFT运算，得到电压谐波分量及含有率、电流谐波分量及含有率；数据存储器，连接MCU， MCU将计算得到的数据，存入数据存储器内；上位机通过串口通讯接口实时读取MCU计算得到的数据,并在界面上显示。2.如权利要求1所述的具有谐波检测功能的交流采样板，其特征在于，所述FFT算法包括：a、蝶形因子的生成利用蝶形因子的性质表示为：其中，N为采样点个数，此处为N=128，即将傅里叶单位圆分成128等份，k取值范围为0~N
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1，此处为0~127；b、 交流采样数据的顺序变换 根据FFT算法要求，采样点序列在进行FFT计算之前，需对采样点序列进行重新排序，以8个采样点为例，假设有8个采样点x[0]，x[1]，x[2]，x[3]，x[4]，x[5]，x[6]，x[7]，将其分成两部分，序号为奇数部分和序号为偶数部分，得到序列1：x[0]，x[2]，x[4]，x[6]序列2：x[1]，x[3]，x[5]，x[7]再将序列1和2，也分别分成序号为奇数部分和序号为偶数部分，得到 序列1： x[0]，x[4] 序列2： x[2]，x[6]序列3： x[1]，x[5]序列4： x[3]，x[7]于是，重新排序后的采样点为： x[0]，x[4] ，x[2]，x[6]，x[1]，x[5]，x[3]，x[7]按照这种方法，编写排序函数，对128个采样点序列 x[0]，x[1]，x[2]，x[3]，x[4]，x[5]，x[6]，x[7]...x[126]，x[127]进行排序，得到的新序列为：x[0],x[64],x[32],x[96],x[16],x[80],x[48],x[112],x[8],x[72],x[40],x[104],x[24],x[88],x[56],x[120],x[4],x[68],x[36],x[100],x[20],x[84],x[52],x[116],x[12],x[76],x[44],x[108],x[28],x[92],x[60],x[124],x[2],x[66],x[34],...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋卫平，郭巨锋，张青，黄从海，刘成坚，陈亮，许杨，张为，徐新正，徐杰，
申请(专利权)人：宁波迦南智能电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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