微型计算机原理与接口技术 董洁,基于DSP和ARM的谐波检测
摘要:
電能作為一種最方便傳輸和轉換的能源形式,目前從人們的生活到生產的各個環節都得到了廣泛的應用。電能是國民經濟發展的重大支柱,其應用程度已經成為衡量一個國家經濟發達水平的標志。同時,隨著人們生活水平的提高和現代化生產技術的發展,電力系統中的飽和型負載、各種以電力電子裝置為基礎的非線性負載日益增多。它們產生的公用電網諧波污染日益嚴重,導致電力生產事故頻發、生活質量和生產安全受到嚴重威脅。因此,深入開展諧波檢測方法的研究、實現電能質量的有效監測,對生活質量和生產安全有著重大理論和實際意義。結合我國關于公用電網諧波的指標要求,分析了國內外諧波檢測方法的研究現狀。針對已有諧波檢測方法,按時域和變換域兩種形式分類分析了它們的特點和優勢。提出了電能諧波檢測的一種基于漢寧窗的FFT算法,彌補了基于矩形窗的FFT常用算法存在的頻譜泄露缺陷,有效減小了因頻譜泄露而造成的檢測誤差。針對矩形窗、漢寧窗和漢明窗等傳統FFT算法中倒序運算繁瑣引起的數據處理量大、計算費時、程序效率低等問題,提出了一種基于變址運算的改進倒序算法,簡化了FFT計算過程、進一步提升了FFT運算速度。針對基于工業控制計算機和數據采集卡、單片機、或DSP等傳統的諧波檢測設計方案存在的體積大、運算速度慢、外圍接口少等缺陷,提出了一種基于DSP和ARM的電能諧波檢測方案,有效彌補了傳統電能諧波檢測方案存在的不足。采用高速處理器DSP TMS320F28335和ARM STM32F407ZGT6構成電能諧波檢測雙硬件結構,運用新提出的基于變址運算的改進倒序FFT算法做軟件支撐,搭建了電能諧波檢測儀原型。該電能諧波檢測儀原型中,采用12位的A/D轉換器采集數據、經DSP處理后由SPI傳輸到ARM進行管理。實現對電能諧波的采集、分析、和結果顯示。對電能諧波檢測儀原型進行了實驗驗證。結果表明,該原型能快速、準確地檢測出被測諧波的真實成分。因此,本文設計的諧波檢測儀硬件結構可行、軟件方法有效。
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總結
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