[发明专利]电能质量问题模拟电源的USB高速数据采集与报警器

说明书

技术领域

本发明属于电能质量监测技术领域，涉及一种电能质量问题模拟电源的USB高速数据采集与报警器。

背景技术

电能在当今生产和生活中扮演着极其重要作用，其应用程度是一个国家发展水平的主要标志之一。随着科学技术和国民经济的发展,对电能的需求量日益增加,同时对电能质量的要求也越来越高，电能质量的好坏直接关系着国民经济的总体效益。因此,电能质量问题受到了越来越多的关注,而电能质量检测、分析及控制技术的研究已成为电力系统领域的热点。研究电能质量的最终目的在于解决电能质量对用户的影响。电能质量问题的模拟与监测为最终解决电能质量问题提供了可靠的实验手段与依据,构成了电能质量控制的基础，因此，建立电能质量问题模拟与监测系统对电能质量扰动进行模拟、检测、评估和分类具有较高的理论研究价值与实际应用价值。数据采集与传输是电能质量模拟电源监测的主要技术支撑，数据采集系统的采集精度直接影响电能质量问题的监测精确性，数据传输的速率以及正确性影响采集数据的传输正确性，从而影响数据的分析及处理对策。此外，报警器的设计也是电能质量问题监测中必不可少的装置，前期数据采集以及数据传输的正确与否直接影响报警性能的准确度。

当前，电能质量数据采集装置主要采用的是单片机结构，这些仪器性能单一、通用性和扩展性差、开发和维护相对复杂，已不能满足市场的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种电能质量问题模拟电源的USB高速数据采集与报警器，解决现有电能质量模拟电源采集系统中传输速率低、采样精度低、通用性差、维护和升级困难的问题。

本发明所采用的技术方案是，电能质量问题模拟电源的USB高速数据采集与报警器，包括依次连接的数据采集模块、接口控制及报警装置模块和高速USB通信模块，高速USB通信模块还与PC机用户控制终端连接。

本发明的特点还在于，

数据采集模块的结构，包括若干相互连接的预处理电路、系统电源和ARM芯片，预处理电路与ARM芯片相连，ARM芯片的结构包括若干A/D转换模块和一个与A/D转换模块相连接的SPI接口，将A/D转换后的数据通过SPI接口发送。

预处理电路为12路，目的在于处理12路模拟电源数据；系统电源和ARM芯片之间通过导线连接，ARM内的A/D转换模块负责数据采集，SPI接口用于和接口控制及报警装置模块之间的通信。

接口控制及报警装置模块，其结构包括相互连接的FPGA芯片和芯片配置电路，FPGA芯片和LED驱动电路及LED电路依次通过导线连接，FPGA芯片还与MP3解码电路、功放电路和报警装置通过导线依次连接，FPGA芯片与SD卡电路通过导线连接。

FPGA芯片的I/O接口与LED驱动电路和LED电路依次连接，FPGA芯片中的SPI1接口与SD卡电路连接，FPGA芯片中的SPI2接口与MP3解码电路连接。

高速USB通信模块，包括通过导线连接在一起的USB芯片和存储电路。

PC机用户控制终端，通过USB接口和高速USB通信模块连接，接收到的数据，通过图形化人机交互界面进行显示，其图形化人机交互界面上划分为：显示模拟电源数据存储、模拟电源数据显示、参数传送和报警指示灯四个不同的显示区域。

接口控制及报警装置模块与高速USB通信模块之间采用高速并口通信。

高速USB通信模块与PC机用户控制终端之间通过USB接口进行高速USB通信，高速USB通信模块设置为同步Slave FIFO模式，采用块传输，高速通信模式。

接口控制及报警装置模块的设计接口模式为Slave FIFO模式，主要实现FPGA控制模块与高速数据通信模块的数据交换。

本发明的有益效果是：通用性强，建设与维护方便，数据采集模块与控制模块采用SPI串行接口进行数据通信，接口控制及报警装置与高速USB通信模块采用并口通信，高速USB通信模块与PC机终端应用程序采用高速USB进行数据通信，数据传输速率快，可靠性高，且实时性好，报警联动及时。

附图说明

图1是本发明本发明数据采集与报警器的系统整体结构示意图；

图2是本发明数据采集与报警器的数据采集模块的结构图；

图3是本发明数据采集与报警器的接口控制及报警装置的结构图；

图4是本发明数据采集与报警器的高速USB通信模块的结构图；

图5是本发明数据采集与报警器的PC机用户控制终端功能框架图。