基于DSP的高精度计量模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于DSP的高精度计量模块，包括DSP模块、电压采样模块、电流采样模块、模数转换模块；所述电压采样模块、电流采样模块分别与模数转换模块电气连接；所述模数转换模块与所述DSP模块电气连接；本计量模块还包括SPI通信模块、脉冲输出模块、存储模块。利用本实用新型专利技术技术方案制作的一种基于DSP的高精度计量模块，具有计量精度高、性能稳定、使用方便、成本低廉等特点，达到0.2s级计量精度，优于专用计量芯片的0.5s级计量精度，可广泛应用于电力行业的电能计量、集抄自动化以及配电自动化领域。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种计量模块，特别是涉及到一种基于DSP的高精度计量模块。
技术介绍
计量模块广泛应用于电力计量设备(如电能表)中。然而现有的计量模块一般采用专用计量芯片实现，其计量精度一般为0. 5s级，很难达到0. 2s级的高精度要求；即使通过其它技术手段能够达到，成本也非常高，不利于大面积推广使用。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决上述问题，设计了一种基于DSP的高精度计量模块。为实现上述目的，本技术的技术方案为包括DSP模块、电压采样模块、电流采样模块、模数转换模块；所述电压采样模块、电流采样模块分别与模数转换模块电气连接；所述模数转换模块与所述DSP模块电气连接；较优地，还包括SPI通信模块，所述SPI通信模块与所述DSP模块电气连接；较优地，还包括脉冲输出模块，所述脉冲输出模块与所述DSP模块电气连接；较优地，还包括存储模块，所述存储模块与所述DSP模块电气连接；较优地，所述DSP模块包括电能计量单元，电力参数测量单元，其连接方式为逻辑连接；其中，所述电能计量单元，用于计量分相及合相的正向有功电能、反向有功电能及四象限无功电能；其中，所述电力参数测量单元，用于测量分相及合相的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数，分相的电压有效值、电流有效值，以及电网频率。利用本技术技术方案制作的一种基于DSP的高精度计量模块，具有电能计量、电力参数测量、电能脉冲输出、SPI通信、参数存储等功能。具有计量精度高、性能稳定、 使用方便、成本低廉等优点；达到0. ^级计量精度，优于专用计量芯片的0. ^级计量精度， 可广泛应用于电力行业的电能计量、集抄自动化以及配电自动化领域。附图说明图1是本技术一种基于DSP的高精度计量模块结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术的具体实施方式进行描述，如图1是本技术所述一种基于DSP的高精度计量模块结构示意图。本技术实施例提供一种基于DSP的高精度计量模块，如图1所示，该高精度计量模块包括DSP模块、电压采样模块、电流采样模块、模数转换模块；所述电压采样模块、电流采样模块分别与模数转换模块电气连接；所述模数转换模块与所述DSP模块电气连接； 较优地，还包括SPI通信模块、脉冲输出模块及存储模块等，其分别与所述DSP模块电气连接。所述DSP模块用于将自身存储的程序加载到内存，以协调与之连接的各模块进行有序地作业，从而实现该高精度计量模块的电能计量、电力参数测量、电能脉冲输出、SPI通信、参数存储等功能；可采用市售ADSP-BF531等型号。在本实施例中，所述DSP模块包括电能计量单元和电力参数测量单元，其连接方式为逻辑连接。所述电能计量单元，用于计量分相及合相的正向有功电能、反向有功电能及四象限无功电能，并至少设有以下子单元子单元一，用于判断输入电流是否达到预设的启动电流。如果输入电流小于启动电流，则不进行电能累加计算。子单元二，用于计算瞬时有功功率。通过处理采样得到的电压值和电流值，计算出分相的瞬时有功功率。子单元三，用于计算分相及合相的正向有功电能。对瞬时有功功率为正的功率值随时间进行积分，分别计算出分相及合相的正向有功电能。子单元四，用于计算分相及合相的反向有功电能。对瞬时有功功率为负的功率值随时间进行积分，分别计算出分相及合相的反向有功电能。子单元五，用于对电压采样值进行90度移相。本实施例中，采用移点的方法来实现。根据当前测量出的频率值来计算所需移动的采样点数，利用保存的过去的采样数据将当前数据向后移动。移点法算法简洁，计算速度很快。子单元六，用于计算瞬时无功功率。对采样到的电流值和经过90度移相后的电压值进行处理，计算出分相的瞬时无功功率。子单元七，用于计算四象限无功电能。根据此时刻瞬时有功功率值和瞬时无功功率值的正负情况，将此时刻的瞬时无功功率随时间积分至相应的象限，即得到四象限无功电能；子单元八，用于校准电能计量精度。校准时，上位机只需通过SPI接口将误差值传给DSP模块，本子单元完成校准参数计算，并将校准参数存储在存储模块中。由于不需要上位机参与校准计算，所以简化了上位机校准程序的编写。上述各子单元之间的连接方式为逻辑连接。所述电力参数测量单元，用于测量分相及合相的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数，分相的电压有效值、电流有效值，以及电网频率，并至少设有以下子单元子单元一，用于输入信号滤波。通过数字滤波技术，将采样电压信号和电流信号中的干扰信号和直流分量去除。子单元二，用于测量频率。采用电压信号过零点算法，并结合线性插值方法，连续处理50个周波，由此计算出电网频率。子单元三，用于计算分相的电压有效值、电流有效值。每个周波抽取16个采样点， 计算其瞬时平方值，经过4次迭代、平均及开方后，得到其有效值。子单元四，用于测量分相及合相的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数。在4个周期内，分别对瞬时有功功率、瞬时无功功率进行时间累积平均，可得到有功功率值和无功功率值。利用已获得的有功功率值和无功功率值，分别计算出视在功率和功率因数。上述各子单元之间的连接方式为逻辑连接。所述电压采样模块用于采样输入电压信号，置有三路电压互感器和采样电路。各路电压互感器物理上独立，易于分开放置，减少相互信号干扰，也易于调试更换。通过电压互感器亦实现了内部电路与外部强电之间的电气隔离，能有效提高计量模块运行稳定性和安全性。所述电流采样模块用于采样输入电流信号，置有三路电流互感器和采样电路。各路电流互感器物理上独立，便于分开放置和调试更换。所述模数转换模块用于将采样得到的模拟电压、电流信号转换为数字信号并传给 DSP，置有六路独立的A/D转换通道，各通道之间能实现同步转换，同时进行三相电压和三相电流的A/D转换，有利于提高电能计量的精度。所述脉冲输出模块用于输出电能脉冲，电能脉冲用于校验本模块的计量精度，也用于以脉冲形式输出电能量。本模块内部置有光电隔离电路，对内部电路与外部脉冲接口进行隔离，有利于提高计量模块的运行稳定性。通过此脉冲输出接口，不需要特别的校表设备，使用现有的通用电能表校表台即可完成本模块的校验工作，方便了计量模块的生产。所述SPI通信模块用于通过SPI接口输出电能值、电力参数值以及模块校准。高精度计量模块的通信协议兼容于ATT7022专用电能计量芯片的通信协议，本计量模块可方便替代ATT7022芯片，与其相连的上位机软件只需要很少的更改，即可实现ATT7022的替代， 有利于上位机软件的重用。所述存储模块用于存储高精度计量模块的校准参数和配置参数。计量模块启动时，主程序从存储模块中读取校准参数和配置参数，并用它们来初始化计量模块的状态。由于启动时不需要上位机传递参数，因此简化了上位机的程序编写。上述实施例公开的高精度计量模块，具有电能计量、电力参数测量、电能脉冲输出、SPI通信、参数存储等功能。具有计量精度高、性能稳定、使用方便、成本低廉等特点，达到0. ^级计量精度，优于专用计量芯片的0. ^级计量精度，可广泛应用于电力行业的电能计量、集抄自动化以及配电自动化领域。上述技术方案不仅体现了本技术技术方案的优选技术方案，且本
的技术人员如对其中某些部分可能做出的一些变动，均体现了本技术的基本原理，则都属于本本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于ＤＳＰ的高精度计量模块，其特征在于，包括ＤＳＰ模块、电压采样模块、电流采样模块、模数转换模块；所述电压采样模块、电流采样模块分别与模数转换模块电气连接；所述模数转换模块与所述ＤＳＰ模块电气连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏，刘忠哲，邱旭生，
申请(专利权)人：北京博纳电气有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11