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The design of harmonic measurement instrument with DSP based on wavelet transform
摘要：介绍了基于瞬时无功功率理论的小波变换算法。通过在采样间隔里，每采样一个新的数据，就进行算法运算，可实时运算电力谐波和无功电流，这种算法比把所有或者一部分点都准备好后才进行运算的算法更实时，效率更高。最后描述了采用TMS320VC5402和AT89C51等电路实现了上述测量算法的硬件设计与软件设计过程及结果。
关键词： DSP；谐波； 实时；小波变换
Abstract: In this paper, The wavelet transform theory based on the instananeous reative power is presents.The harmonic and reative current can be computed with the algorithm during the sampling interval. the algorithm is more efficient than the conventional algorithm that all datas are computed after they are all sampled.then, the principle of designing the harmonic and reative current measurement instrument to implement the algorithm by using DSP and MCU devices is described.
Key Words: DSP; Harmonic;real ;wavelet
0 引言
现在很多的谐波检测仪都是先在一个工频内测出N个点，然后进行算法运算，得到所需的数据。本文在讨论基于瞬时无功功率理论的小波变换算法的基础上，介绍了采用 TI公司的TMS320VC5402和AT89C51等集成电路设计谐波功率测量仪的方法。这种测量仪能在采样间隔里，每采样一个新的数据，就进行算法运算，能满足电力系统中对谐波和无功电流的快速、实时、高精度的测量要求。
1基于瞬时无功功率理论的小波变换算法
2 硬件设计
本文采用MCU+DSP的设计方法，就可以充分发挥DSP芯片的数字信号处理优势和MCU的控制功能。
上述算法设计的谐波功率测量仪原理框图如图 1所示，由电压和电流同步采样取样电路、模数转换电路、TMS320VC5402、AT89C51、显示及键盘等电路组成。A/D和DSP之间的通信采用DSP的多通道缓冲串口MCBSP，MCU和DSP之间的通信采用DSP的主机接口HPI。整个系统的设计是以MCU为核心完成对整个系统的控制，主要包括与DSP进行快速的数据交换和人机交换等。数字处理芯片TMS320VC5402主要完成电压和电流信号的采集及其对其进行小波分析和其他相关的数学运算，这几步过程都应在一个工频周期内完成，以一个工频采样128点为例，AD同步采样的时间大约160μs，AD73360平均转换时间是25μs，在指令周期为10ns的TMS320VC5402中用MAC单周期指令计算尺度为5的DB20小波算法的时间为25μs，数据通过MCBSP的时间为25μs，加上其他的延时，远小于160μs的采样时间。可见，如用单片机来作控制，可以满足实时性。如果使用指令周期为50ns的TMS320F240完成上述算法，所需时间为280μs，已经大于160μs的采样时间，可见无法实现
2.1 同步采集电路设计
DSP对电压和电流信号的采集采取每个工频信号采样128次的方式。由于电网频率的波动，采样时刻并不固定，也就影响到电参数测量的准确性，本文采用锁相环倍频电路，将相电压整形后进行128倍频，利用倍频后的信号作为同步采样中断信号，将DSP中断设为边沿触发（下降沿有效）方式，利用同步信号的下降沿触发，进入中断进行采样。利用这种采样方式可以跟踪电网频率的变化进行精确采样。
整形电路使用比较器LM389，将来自于互感器的电压信号整形方波信号，这方波信号一方面提供给倍频电路，同时它也给DSP控制程序提供一个周期开始信号。倍频电路由锁相环CD4046和分频电路CD4520组成。这里采用倍频电路的输出信号作为A/D转换的中断信号。方波信号经锁相环倍频后，作为采样保持器采样保持和A/D转换的触发信号;模拟信号经运算放大单元后，接入数据处理芯片的A/D转换引脚，进行A/D转换和数据处理。
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