可用于检测单相或三相交流供电系统的电能质量检测分析平台

丰富，并且目前 PIC32芯片的价格也只略高于单片机。在PIC32上可以移植无MMU的嵌入式实时操作系统，容易实现多任务调度，而且简化了LCD显示、硬盘存储、网络通讯等功能的开发，大大减少了产品的开发周期，同时系统更兼具了运算能力强大的优点。本方案不仅满足设备具有较高处理速度和处理能力的要求，而且具备了实时处理能力，最后也考虑到了成本的问题。

三、系统硬件架构

系统结构框图如图2所示。它包括电压电流信号调理模块、PIC32处理器及外围电路， LCD液晶显示模块，USB移动存储模块，以太网接口通信模块。

图2 系统结构框图

通过微型电压和电流互感器，将输入的三相三路电压信号和三路电流信号进行信号调理，得到0~3V范围的模拟信号，接入到PIC32内置AD接口；因为实际三相电的频率与标准频率会有一定误差，所以需要对频率进行测量，鉴于六路信号是同频率的，只需对其中一路信号频率测量即可，设计中对Ua信号频率进行测量，通过一个施密特触发器将正弦信号变换为矩形波，然后通过PIC32内置的输入捕捉功能进行频率测量。

连续每通道采集16个波形，共计128*16个点后，进行数据处理：周期计算、FFT变换，求取三相电的基波以及谐波幅值与频率。然后用LCD显示处理后的三相基波、谐波波形曲线。同时通以太网将采集到的数据传送到PC机软件进行处理、分析、显示、存储。

3.1 电压电流信号采集回路

模拟量的采集是对电网中电压和电流的测量，经互感器变换再经调理后送给PIC32内置A/D输入端，电路图如图3(以电流输入为例)所示，调整图中反馈电阻R和r的值可得到所需要的电压小信号输出，R精度>1%。电容C1和r’是用来补偿相移的。电容C2和C3是小电容，用来去耦合滤波；两个反接的二极管是起保护运放作用的。经变换后的信号放大后再上拉就可以得到0～3V的单极性电压(AD输入范围为：0～3.3V)，然后就可以送到芯片AD转换器的输入端进行采样。

图3 电流信号调理电路

3.2 LCD液晶显示模块

设计中采用大屏幕液晶显示屏，320×240 LCD带背光，可以实时显示电网的运行电压、电流、谐波、有功功率、无功功率、视在功率、通信信息等，用户可以查看各种电参数和历史记录并可对仪器的某些参数进行设置。

3.3 以太网接口模块

以太网接口模块使用PIC32内置的带MII和RMII接口的10/100Mbps以太网MAC。支持全双工和半双工工作，可连接同轴电缆和双绞线，并可自动检测所连接的介质，通过RJ45接口与以太网进行通信。

3.4 USB移动存储模块

USB移动存储控制器使用PIC32内置的符合USB 2.0规范的全速设备和OTG (On-The-Go)控制器，主要用来存储电网运行参数记录，用户只需将U盘从USB口插入，选择存储功能即可。即插即用，操作简单，使用方便，传输速率快，存储容量不受限制。

四、系统软件架构

4.1 电参数测量

电参数测量首先要进行数据采集，本设计采用图3所示的交流采样，即将二次侧的电压电流经高精度的电压电流互感器变换成CPU可测量的交流小信号，然后再送入CPU进行采样处理。这种方法可对被测量的瞬时值进行采样、实时性好，相位失真小，解决了一般直流采样中无法实时采样，测量精度易受变送器的精度和稳定性影响等缺点。

对电压和电流谐波等电参量的测量采用FFT算法，其计算流程如图4所示：

图4 电参量计算流程

先对电压和电流信号进行采样，得到16个周期的波形数据，然后进行FFT计算，得到基波和各次谐波的电压值和电流值及其含量，然后计算谐波的总畸变率THD，然后计算出电压和电流的有效值U、I及用功功率P、无功功率Q，再由P和Q计算视在功率S，进而可得到线路的功率因数值以及其它参数值。

4.2 程序运行流程

在电参量的运算和系统的结构等问题解决之后，需要考虑程序运行的总的结构流程图。程序在运行之前首先要对硬件进行初始化，并且要自检以确保硬件部分无故障，为操作系统做好底层的准备。然后是操作系统的初始化，创建任务主要是键盘检测、按键处理、信号采样数据处理及对这些任务的优先级进行排序等。具体的流程见图5所示.

图5 程序运行流程图