下载文档原格式
基于STM32的电网谐波检测仪的研究作者：陈媛郭志波来源：《现代电子技术》2012年第18期摘要：电力系统在运行过程中，会产生很多谐波，严重影响到电能的质量，为了方便实时监测谐波以及加强谐波管理，谐波检测仪就显得尤为重要。
以传统单片机设计的谐波检测仪的电参数测量方法精度不够高，越来越难以满足目前电网检测的需要，而以DSP设计的检测仪成本高、难推广。
针对这种现状，设计了一种多功能、低成本、高精度的电网谐波检测仪，它是基于最新Cortex—M3内核的STM32，并结合了三相多功能高精度计量芯片ADE7878，具有很强的实时性、精确度，为电力系统谐波的检测和抑制提供了重要的依据。
关键词：电力系统；谐波检测；STM32；ADE7878中图分类号：TN911—34文献标识码：A文章编号：1004—373X（2012）18—0171—03引言在目前的电力系统运行过程中，随着电力电子器件与非线性元件的大量使用，谐波污染日益严重，谐波含量基本上都超过了国家标准规定的5%上限。
谐波对电力系统的安全、经济运行造成了很大的危害，严重威胁到我国的电能质量。
目前开展的电能质量综合治理工程，基本上都是围绕着如何降低谐波含量和补偿无功这一中心任务来开展的。
谐波的检测和分析能为电力系统谐波的治理提供合理的依据，为保证电力系统的安全、经济运行具有非常重要的意义[1]。
目前，电网中谐波的测量基本是采用电能质量分析仪进行测量，但有一个很明显的问题是：其价格太高，一次性投资太大。
一般情况下，单相电能质量分析仪的价格在3万元左右，三相电能质量分析的价格甚至超过6万元。
所以，如果能运用简便、投入小的手段对电网谐波进行有效的测量，国家电网质量将会明显提高。
文献[2—3]采用了传统的8位、16位单片机+通用DSP+外扩A/D转换器的电参数测量方法，存在精度不高，处理能力不强，数据不稳定的问题，而且设计相当复杂，大部分方案并不能够完整反映或同时反映各种三相配置下有功、无功和视在电能。
基于单片机的谐波检测仪的设计
毕莹;刘小河
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2008(31)6
【摘要】为改善以电弧炉为负载的电网谐波问题,对以单片机为核心的谐波检测仪进行了研究,能够检测电网谐波及电网各参数计算显示.主要阐述了精度较高的加窗插值的FFT算法,提出了单片机控制的硬件和软件设计,包括单片机及其外国电路、电流与电压采样电路和驱动电路等硬件结构,以及软件流程和部分源程序.
【总页数】4页(P161-164)
【作者】毕莹;刘小河
【作者单位】北京信息科技大学,北京,100085;北京信息科技大学,北京,100085【正文语种】中文
【中图分类】TM933;TP368.1
【相关文献】
1.基于DSP技术的谐波检测仪的设计 [J], 王飞;李军红;刘铁湘
2.基于ip-iq算法的DSP电力谐波检测仪的设计 [J], 张耀文;刘海
3.基于RS485总线谐波检测仪的设计 [J], 王飞;林梅金;杨兆华
4.一种基于FPGA+ARM的高速电力谐波检测仪硬件的设计与实现 [J], 龚仁喜;刘丰;黄阳;孟小碧;谢玲玲;龚文英
5.基于 STM32的微电网谐波检测仪设计与开发 [J], 张亮;水恒华;顾阳;韩林;安薇薇;辛瑶
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于单片机的谐波检测仪的设计的开题报告1. 选题背景现代电力系统中，谐波对电力设备和系统的运行稳定性、可靠性和安全性都有着重大影响，因此需要对谐波进行检测和监测，以及相应的控制措施。
本项目目的是基于单片机设计一种谐波检测仪，实现对电力系统中谐波的实时监测和测量，为电力系统调试和维护提供参考信息和数据支持。
2. 研究内容本项目研究内容包括：（1）对单片机的基本原理和芯片结构进行了解和学习。
（2）对谐波的概念、特点和产生机理进行研究，了解谐波在电力系统中的重要性。
（3）通过硬件电路设计和元器件选型，设计出适用于单片机的谐波检测仪电路。
（4）通过编程实现单片机的控制和算法流程设计，实现对谐波的实时监测和测量。
（5）通过实验验证设计方案的可行性和有效性，测试仪器的性能和精度。
3. 研究意义该研究成果对电力系统设备的保护、谐波的检测和控制、电力系统的优化和安全运行都有一定的促进作用。
同时，通过本项目的学习和实践，有利于提高学生的电子电路设计和单片机编程能力。
4. 研究方法本项目采用以下研究方法：（1）文献调研：通过查阅相关文献，了解谐波的基本概念、特点和产生机理。
（2）电路设计：通过电路仿真软件进行电路设计，确定相关元器件的参数和性能。
（3）单片机控制和算法设计：采用C语言编程实现单片机的控制和算法流程设计。
（4）实验验证：通过实验对设计方案进行验证，测试仪器的性能和精度。
5. 技术路线本项目技术路线主要包括以下几个方面：（1）基于单片机的电路设计：根据谐波检测的要求，设计适应于单片机的硬件电路，包括谐波采集、放大、滤波等。
（2）单片机控制和算法流程设计：根据电路硬件设计要求和谐波检测的算法，编写单片机控制和算法流程代码。
（3）实验验证：通过实验对设计方案进行验证，测试仪器的性能和精度。
6. 预期成果本项目预期达到以下成果：（1）基于单片机的谐波检测仪设计方案。
（2）实现单片机对电力系统中谐波的实时监测和测量。
基于单片机的谐波检测仪的研究—本科毕业设计论文摘要：本篇论文主要研究了基于单片机的谐波检测仪的设计与制作。
针对当前市场上谐波检测仪普遍昂贵、体积庞大的问题，本文使用单片机作为主控芯片，通过设计合理的电路以及编程算法，实现了一个小型、便携、低成本的谐波检测仪。
本文详细介绍了谐波检测的原理、电路设计、软件编程以及实验结果。
实验结果表明，该谐波检测仪具有较高的精度和准确性，能够广泛应用于电力、通信、音频等领域。
关键词：谐波检测仪；单片机；电路设计；软件编程一、绪论随着工业技术的进步，谐波问题在电力、通信、音频等领域日益突出。
而谐波检测仪作为解决谐波问题的重要设备，其价格昂贵、体积庞大的特点限制了其应用范围。
因此，本文旨在设计并制作一个小型、便携、低成本的谐波检测仪。
二、谐波检测原理谐波检测原理是基于信号的频谱分析，利用傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，从而实现对谐波的检测。
本文采用快速傅里叶变换（FFT）算法进行频谱分析，并通过编程算法提取出谐波成分。
三、电路设计本文的谐波检测仪电路设计分为模拟电路和数字电路两部分。
模拟电路主要包括信号输入模块、滤波模块和放大模块。
数字电路主要由单片机以及显示模块和控制模块组成。
四、软件编程本文使用C语言对单片机进行编程，通过采样信号并进行FFT变换，然后通过算法进行谐波的检测和计算。
编程还包括数据显示、控制模块等功能。
五、实验结果通过对实验数据进行分析和对比，本文的谐波检测仪在精度和准确性方面具有较高的水平。
实验结果表明，本文设计的谐波检测仪可以满足谐波检测的要求，并具有良好的应用前景。
六、总结与展望本文设计并制作了一个基于单片机的谐波检测仪，该仪器具有小型、便携、低成本的特点，在实验中表现出较高的精度和准确性。
未来的研究可以进一步优化电路设计和编程算法，提升谐波检测仪的性能，并扩大其应用范围。
基于单片机的谐波分析精度讨论及定点实现作者：张鹏何强李斐斐来源：《电脑知识与技术》2008年第34期摘要：谐波分析是电能质量测试中的重要环节，准确的测试为谐波的补偿提供了重要的依据。
该文着重研究了不同步采样下谐波分析的理论，给出了C语言的仿真，并比较了不同窗函数的特点。
对FFT算法做了改进，将浮点的运算改为定点的运算，使其更能符合项目的特点。
关键词：谐波；窗函数；A/D采样；FFT；定点中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)34-1782-03Discussion about the Accuracy of Harmonic Analysis and Sentinel AchieveZHANG Peng, HE Qiang, LI Fei-fei(School of Electrical an Information Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)Abstract: Harmonic analysis is power quality test of an important part of accurate test for harmonic compensation provided an important basis. This article focuses on the non-synchronous sampling Harmonic Analysis under the theory, given the C language simulation, and compare the different characteristics of the window function. FFT algorithm to do the improvements, the floating-point operations will be designated the operator, to make it more consistent with the characteristics of the project.Key words: harmonic; window function; sampling；FFT; sentinel1 引言谐波是由于电网中非线性的负载的增多而引起的，随着电网中谐波地增加已严重影响了电能的质量，因此谐波分析成为电能质量测试的重要环节。
基于单片机的谐波检测仪的设计作者：毕莹刘小河来源：《现代电子技术》2008年第06期摘要：为改善以电弧炉为负载的电网谐波问题，对以单片机为核心的谐波检测仪进行了研究，能够检测电网谐波及电网各参数计算显示。
主要阐述了精度较高的加窗插值的FFT算法，提出了单片机控制的硬件和软件设计，包括单片机及其外围电路、电流与电压采样电路和驱动电路等硬件结构，以及软件流程和部分源程序。
关键词：电网谐波；谐波检测；FFT；电弧炉中图分类号：TM933，TP36文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)06-161-04Design of Harmonic Measurer Based on MCUBI Ying，LIU Xiaohe(Beijing Information Technology University，Beijing，100085，China)Abstract：To improve the problem of power system harmonic loaded on arc furnace，a design of harmonic measure basedon MCU is studied，which power system harmonic is detected and the value of each calculated parameter is displayed.Mostly the high precision of windows and interpolated FFT is expatiated.The MCU control hardware and software are designed，which consist of peripheral circuit，current and voltage sampling circuits，driving circuit，control strategy ，software flow and part of programme.Keywords：power system harmonic；harmonic detection；FFT；arc furnace随着各种电力电子变流装置的广泛应用，产生的谐波已成为污染电力系统的一大公害，准确、实时地对电力系统谐波进行检测有着重要的意义。
基于ARM的电力谐波检测仪随着电子技术和自动化技术的大规模应用,电力电子装置如变流设备、变频设备等,容量日益扩大,数量日益增多,电网中的谐波污染日益严重,给系统的安全稳定运行以及用电设备带来严重的危害。
如何把谐波的损害降到最小已经成为一个亟待解决的课题。
谐波的成分十分复杂,要解决谐波污染的问题,谐波检测是关键。
谐波检测是指定量的测量各次谐波分量,弄清楚各次谐波的幅值、频率,是进一步谐波分析的基础。
近年来嵌入式技术的发展很快,ARM处理器具有性能高、成本低和功耗低等特点,应用范围十分广泛。
研究一种基于嵌入式ARM的谐波检测仪具有十分广阔的应用前景。
本文对电力谐波检测方法进行了深入研究,从计算量、实时性、精度、可靠性、实现难易性、自适应能力、有效范围等几个方面,对各种检测方法进行综合比较,重点对FFT检测方法的理论进行了详细的探讨,目前FFT检测法是研究最为成熟应用最为广泛的谐波检测方法,它也具有一定的不足,文中通过硬件同步电路来减小误差并给出了实现的方法以及程序框图。
本文选用三星公司的S3C2410芯片作为硬件核心,探讨了满足谐波检测仪功能要求的硬件电路,包括谐波数据采样模块、数据处理、谐波分析和通讯模块四个主要部分,设计了各硬件接口电路并给出电路图。
针对FFT检测法的频谱泄漏和栅栏效应问题,设计了硬件同步电路,通过锁相环来实现采样频率与信号频率的同步,降低了误差。
在硬件电路的基础上引入Linux操作系统,根据系统所设计的硬件电路裁减一个符合要求的Linux内核并进行编译,进行Bootloader、内核、文件系统等的烧写,完成设备驱动程序和应用程序的编写,包括主程序、谐波检测算法程序、通讯程序等。
最后进行系统的整体测试,给谐波检测仪一组模拟谐波信号,观察谐波检测仪的输出,并结合有关国家标准对谐波检测仪的谐波检测效果进行鉴定。
同主题文章【关键词相关文档搜索】：控制科学与工程; 谐波检测; 谐波分析; FFT; 嵌入式Linux; S3C2410【作者相关信息搜索】：武汉理工大学;控制科学与工程;胡荣强;舒克毅;。
河北农业大学现代科技学院本科毕业论文(设计)题目：基于单片机的谐波检测仪的研究学部：工学部专业班级：电子信息科学与技术0801学号：XXXXXXXXX学生姓名：XXXX指导教师姓名：XXXX指导教师职称：讲师二O一二年六月三日摘要本文首先介绍了谐波分析算法的理论依据。
在广泛使用的FFT算法的基础上，对谐波检测的对象进行数据分析，为系统的设计提供参考数据。
本文完成了系统硬件电路的设计和仿真。
硬件电路以MCS一51单片机为核心，配以适当的外围接口电路来完成各项功能。
主要包括A／D采样电路、数据处理电路(单片机)、D/A转换器。
软件设计以快速傅立叶变换(FFT)为主要部分，通过对所采集的数据来测量电参数。
进行了相关软件算法的设计，完成每周期256点的离散采样，由单片机进行基2一FFT运算，运算结果可用于63次以下的谐波分析。
系统程序采用模块化的设计思想，在软件设计中对每个模块都完成了框图设计和相关的编码设计。
关键字：单片机；谐波检测；FFTAbstractThis paper first introduced the harmonic analysis algorithm theory basis. In the extensive use of FFT algorithm, on the basis of the object of harmonic detection of data analysis, for the design of the system with reference data. We completed a hardware circuit and the design of system simulation. Hardware circuit to 51 single-chip microcomputer is a MCS, match with appropriate interface circuit to the periphery of the complete all the function. Mainly includes A/D sampling circuit, data processing circuits (SCM), D/A converter. The software design with fast Fourier transform (FFT) as the main part, from all the data to measure electric parameters. Some software algorithm design, complete each cycle of discrete sampling 256 points, by MCU and 2 a FFT calculation, the operation result can be used for 63 times of the harmonic analysis. System programming the modularized design thought, in the software design of each module completed the block diagram design and relevant code design.Key word: single chip microcomputer;the harmonic detection; FFT目录1前言 (1)1.1目的意义 (1)1.2 谐波检测的现状 (1)1.3 本文研究内容 (2)1.3.1 谐波检测的仿真设计思路 (2)1.3.2课题的主要任务 (2)2系统整体设计 (2)2.1硬件系统设计 (2)2.1.1数据采集模块 (3)2.1.2 D/A转换器与51的接口模块 (4)2.1.3显示模块 (6)2.1.4系统整体结构 (7)2.2系统软件设计 (7)2.2.1数据采集软件模块 (9)2.2.2算法实现 (9)2.2.3.开方在单片机中的原理 (10)3.系统仿真 (12)4．结论 (14)参考文献 (15)附录： (16)1前言谐波的危害十分严重。
谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。
谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。
谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱[8]。
对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。
1.1目的意义由于谐波的危害，给生产生活带来了严重的危害，就有必要去检测它，主要有以下这些方面的意义：首先，它可以提高企业设备的供电质量，提高设备运行的可靠性，减少因设备误动作而造成的经济损失；其次，可以减少谐波电流在输配电线路上产生的损耗，同时降低用电设备发热，减少绝缘老化，从而提高设备的使用寿命，减少设备的维护费用；第三，谐波治理能够减少电网[11]中补偿电容器的谐振机率[7]，同时，减少谐波对系统信号传输的影响，增加系统的可靠性；第四，可以减少谐波对公共电网的污染。
1.2 谐波检测的现状对于国内外来说，主要是对谐波的治理方面的研究。
因为检测到谐波的存在就得去治理它，毕竟谐波是有危害的，主要表现在以下这些方面，谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声[12]，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。
谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。
谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。
对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。
目前对谐波的治理主要采用两种方法无源滤波装置和有源滤波器；无源滤波装置主要采用LC回路，并联于系统中，LC回路的设定，只能针对于某一次谐波，即针对于某一个频率为低阻抗，使得该频率流经为其设定的LC回路，达到消除（滤除）某一频率的谐波的目的。
LC回路在滤除谐波的同时，在基波对系统进行无功补偿。
这种滤波装置简单，成本低，但不能滤除干净。
其主要元件为投切开关、电容器、电抗器以及保护和控制回路。
有源电力滤波器，这种滤波器是用电力电子元件产生一个大小相等，但方向相反的谐波电流，用以抵销网络中的谐波电流，这种装置的主要元件是大功率电力电子器件，成本高，在其额定功率范围内，原则上能全部滤除干净。
综合现有的文献，国内外对APF的研究主要集中在三个方面：拓扑结构，无功、谐波和负序检测算法，电流跟踪控制算法。
1.3 本文研究内容1.3.1 谐波检测的仿真设计思路谐波分析通常采用傅立叶变换理论。
目前，基于傅立叶变换理论的FFT技术已相当成熟，且FFT是目前谐波检测中应用最广泛的一种谐波检测方法。
因此在系统软件设计中，我们采用FFT算法作为谐波检测方法。
FFT算法的核心单元是蝶型运算。
一个mN 点FFT，需要进行m次蝶型运算。
在FFTWW的乘法运算。
根据复数乘法法运算中，涉及到算子(第L级第J个算子X(J))与蝶型因子mW可以看作是正弦值和余弦值的组合，由于余弦函数可以用正弦来替代，为了程序则，N查表方便，程序预制正弦表并按照规律存放。
正弦表在固化到程序存储器前，要进行归一化处理。
程序采样完毕后，先读取正弦表，然后调用FFT子程序[10]。
1.3.2课题的主要任务本课题的主要任务是在基于AT89C51的基础上，来扩展外围电路，实现对谐波的检测，整个系统的搭建都是在protues环境下进行。
在此环境下，选择了一款傅里叶分析表，对经过处理后的波形，观察其的幅频特性曲线，从而直观的去了解什么是基波，1次谐波，3次谐波等正弦波，总的来说，就是基于protues的谐波检测的利用。
Proteus ISIS 是一款集电子仿真、单片机仿真于一体的 EDA 软件，是极具竞争力的仿真软件。
Proteus ISIS 可以仿真各种复杂的输入电压、电流信号，因此，很容易用来仿真谐波信号的输入。
在Proteus ISIS 中，可以仿真各种单片机，这些单片机可以根据各种输入信号，如按键、标准与自定义波形、运行程序，并与仿真各种接口芯片进行通信、仿真LED 数码管或 LCD 显示。
因此，将 Proteus ISIS 应用于谐波检波器的设计，既经济又方便，使得选择这款仿真软件成为必然。
2系统整体设计2.1硬件系统设计图2-1系统原理图本系统只是在protues 下的仿真，对于信号的预处理这个模块就简化了，直接给出模拟信号，让ADC008对模拟信号进行处理。
2.1.1数据采集模块数据采集模块主要用的是ADC0808芯片图2-2 ADC0808ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。
其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟信号中的一个进行A/D 转换。
ADC0808是ADC0809的简化本，功能基本相同。
一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D 转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D 转换。
ADC0808是CMOS 单片型逐次逼近式A/D 转换器，它有8路模拟开关、地址锁单 片 机数据采集 A/DD/A 0832 显 示 信号预处理存与译码器、比较器、8位开关树型A/D 转换器。
2.1.2 D/A 转换器与51的接口模块DAC0832是8分辨率的D/A 转换集成芯片[3][4]。
与微处理器完全兼容。
这个DA 芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。
D/A 转换器由8位输入锁存器、8位DAC 寄存器、8位D/A 转换电路及转换控制电路构成。
D/A 转换器用来将数字量转换成模拟量。
它的基本要求是输出电压V O 应该和输入数字量成正比，即：V O =D*VR 其中， VR为参考电压。
每一个数字量都是数字代码的按位组合，每一位数字代码都有一定的“权”，对应一定大小的模拟量。
为了将数字量转换成模拟量，应该将其每一位都转换成相应的模拟量，然后求和既可得到与数字量成正比的模拟量。
D ／A 转换器可分成两大类：1.直接D ／A 转换器是指直接将输入的数字信号转换为输出的模拟信号。
2.间接D ／A 转换器是先将输入的数字信号转换为某种中间量，然后再把这种中间量转换成为输出的模拟信号。
其中，间接D ／A 转换方式在集成D ／A 转换器中很少使用。
D0～D7：8位数据输入线，TTL 电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)； ILE ：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；CS ：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns ）有效。
