CN203732619U - 一种基于msp430f247ipm的三相电数据采集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统，其特征在于:包括三相电单元、电力传感器单元以及信号处理和监控单元，信号处理和监控单元包括信号调理模块、采样保持模块、多路选择模块和微处理器,三相电单元的输出端与电压传感器、电流传感器和功率传感器组成的电力传感器单元相连，电力传感器单元与信号调理模块连接，信号调理模块、采样保持模块、多路选择模块依次相连，多路选择模块与微处理器相连，微处理器与电源模块、存储模块、通信模块、按键模块和显示模块相连接。本实用新型设计合理、成本较低、使用方便、监测全面、灵活性好、可靠性高、便于推广使用，有效解决了现有技术的不足。
Description
技术领域
本实用新型属于一种电力系统电能信息采集系统，具体涉及一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统。
背景技术
三相交流电是电能的一种输送形式，简称为三相电。三相交流电源，是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流电势组成的电源。三相交流电的用途很多，工业中大部分的交流用电设备，例如电动机，都采用三相交流电，也就是经常提到的三相四线制。而在日常生活中，多使用单相电源，也称为照明电。当采用照明电供电时，使用三相电其中的一相对用电设备供电，例如家用电器，而另外一根线是三相四线之中的第四根线，也就是其中的零线，该零线从三相电的中性点引出。
三相电源与单相电源的区别：发电机发出的电源都是三相的，三相电源的每一相与其中性点都可以构成一个单相回路为用户提供电力能源。注意在这里交流回路中不能称做正极或负极，应该叫线端（民用电中称火线）和中性线（民用电中称零线）。
按照规定，380伏（三相）的民用电源的中性线是不应该在进户端接地的（在变压器端接地，这个接地是考虑到不能因悬浮电位造成高于电源电压的电位，用户端的接地与变压器端的接地在大地中是存在一定的电阻的），供电方式是一根火线和一根零线（中性点引出线）构成回路，在单相三芯的电源插孔中还接有一根接地线。这是考虑到漏电保护器功能的实现，（漏电保护器的工作原理是：如果有人体触摸到电源的线端即火线，或电器设备内部漏电，这时电流从火线通过人体或电器设备外壳流入大地，而不流经零线，火线和零线的电流就会不相等，漏电保护器检测到这部分电流差别后立刻跳闸保护人身和电器的安全，一般这个差流选择在几十毫安）如果，把电源的中性点不直接接地（这在民用电施工中是不允许的），漏电保护器就失去了作用，不能保护人身和电器设备的短路了。
三相电在工业领域的应用几乎无孔不入，渗透到电力系统应用的各个方面，随着我国电力工业的迅猛发展，变电所的微机监控及微机保护技术得到迅速的发展和普及。国内外许多公司和科研机构研制出不同测量原理的各种电量测量仪表和智能单元。三相电信号具有稳定、不易受干扰的特点，目前多电参数测量方法普遍存在的电路复杂、造价高、可测参数有限、参数监测不便等诸多问题。因此，根据应用的需要，开发具有高便携性和实用性的三相电信号数据采集系统，完成对工业强电设备运行中三相电信号实时准确的采集、存储等功能，对实现工业强电设备状态监测以及故障诊断等工作都是十分重要和有意义的。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统。本实用新型设计合理、成本较低、使用方便、监测全面、灵活性好、可靠性高、便于推广使用，有效解决了现有技术的不足。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统，其特征在于:包括三相电单元、电力传感器单元以及信号处理和监控单元，所述电力传感器单元由电压传感器、电流传感器和功率传感器组成，所述信号处理和监控单元包括信号调理模块、采样保持模块、多路选择模块和微处理器,所述三相电单元的输出端与电压传感器、电流传感器和功率传感器相连，所述电压传感器、电流传感器和功率传感器均与信号调理模块连接，所述信号调理模块、采样保持模块、多路选择模块依次相连，所述多路选择模块与微处理器相连，所述微处理器与电源模块、存储模块、通信模块、按键模块和显示模块相连接。
上述的一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统，其特征是：所述微处理器为MSP430F247IPM单片机。
上述的一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统，其特征是：所述功率传感器为型号C111S41的功率传感器。
上述的一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统，其特征是：所述电源模块为三相交流电变换的直流电或者锂离子电池。
上述的一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统，其特征是：所述存储模块为SD存储卡。
上述的一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统，其特征是：所述通信模块支持红外、RS232、wifi、zigbee、GPRS中的一种或者几种通讯方式。
上述的一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统，其特征是：所述按键模块为三相交流电的电压、电流、相位、三相相别、有功和无功功率的功能监测切换按键。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、本实用新型以MSP430F247IPM为核心设计的三相电信号数据采集系统，采用电压传感器、电流传感器和功率传感器准确、安全的获取三相电各个参数信号，数据的存储采用SD卡存储方式，并可通过通信接口模块发送数据至上位机或者便携式无线通信设备进行数据监测，提高了数据采集系统的应用灵活性、便捷性和可靠性。
2、本实用新型通过测试软件的标定换算，数据采集的结果是准确并有效的，从而验证了方案中所设计的三相电信号数据采集系统能够为三相电供电的动力系统运行状态监测研究奠定良好的数据平台。
综上所述，本实用新型设计合理、成本较低、使用方便、监测全面、灵活性好、可靠性高、便于推广使用，有效解决了现有技术的不足。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构框图。
图2为本实用新型的微处理器模块电路图。
图3为本实用新型的信号调理模块电路图。
图4为本实用新型的液晶显示模块电路图。
图5为本实用新型的液晶屏背光电路图。
图6为本实用新型的存储模块电路图。
附图标记说明:
1-三相电单元；2-电压传感器；3-电流传感器；4-功率传感器；
5-信号调理模块；6-采样保持模块；7-多路选择模块；8-微处理器；
9-电源模块；10-存储模块;11-通信模块;12-按键模块；13-显示模块。
具体实施方式
如图1所示，一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统，其特征在于:包括三相电单元1、电力传感器单元以及信号处理和监控单元，所述电力传感器单元由电压传感器2、电流传感器3和功率传感器4组成，所述信号处理和监控单元包括信号调理模块5、采样保持模块6、多路选择模块7和微处理器8,所述三相电单元1的输出端与电压传感器2、电流传感器3和功率传感器4相连，所述电压传感器2、电流传感器3和功率传感器4均与信号调理模块5连接，所述信号调理模块5、采样保持模块6、多路选择模块7依次相连，所述多路选择模块7与微处理器8相连，所述微处理器8与电源模块9、存储模块10、通信模块11、按键模块12和显示模块13相连接。
本实施例中，所述微处理器8为MSP430F247IPM单片机，MSP430系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗(WDT)、模拟比较器A、定时器A0(Timer_A0)、定时器A1(Timer_A1)、定时器B0(Timer_B0)、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位ADC、DMA、I/O端口、基本定时器(Basic Timer)、实时时钟(RTC)和USB控制器等若干外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D转换器；16位定时器(Timer_A 和 Timer_B)具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的I/O端口，P0、P1、P2端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10/12位硬件A/D转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达160段；实现两路的12位D/A转换；硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用的DMA模块。MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。
如图3所示，信号调理模块5采用INA126U，INA126U是精密低噪声差分信号采集仪表放大器，内部采用两个运放设计，使之具有非常低的静态电流(175μA)和有很宽电源供电范围(±1.35～±18V)，可用于便携式仪表和数据采集系统。
此元件采用8引脚封装方式，增益可以设置从5V/V到10000V/V的外部电阻。微调输入电路提供低失调电压(250μV最大值)，低失调电压漂移(3μV/℃max)和出色的共模抑制。电源电压范围-36V~+36V，输入信号电压范围-0.7V~+0.7V。增益是由连接外部电阻RG来计算的。采用INA126对三相电传感器单元各个传感器传回来的电压值进行放大，然后送到MSP430单片机前端的采样保持模块6、多路选择模块7，经过信号保持和切换最终将所采集信号送入MSP430单片机的AD接口。
本实施例中，所述功率传感器4为型号C111S41的功率传感器。
本实施例中，所述电源模块9为三相交流电变换的直流电或者锂离子电池。
如图6所示，本实施例中，所述存储模块10为SD存储卡。SD存储卡与MSP430F247IPM单片机的P5.O、P5.1、P5.2、P5.3引脚相连，MSP430F247IPM通过软件模拟SPI通信模式与SD存储卡通信。
本实施例中，所述通信模块11支持红外、RS232、wifi、zigbee、GPRS中的一种或者几种通讯方式。
本实施例中，所述按键模块12为三相交流电的电压、电流、相位、三相相别、有功和无功功率的功能监测切换按键。
本实施例中，液晶模块采用STN液晶屏幕显示，其外部电路及引脚连接如图4所示，此显示屏和一般显示屏引脚功能相似，数据以一字节为单位传送，显示清晰，并且有单独的背光控制引脚。背光有单独的引脚连接，如图5所示。
实际使用过程中，三相电单元1的各相电压、电流和功率信号经过电压传感器2、电流传感器3和功率传感器4采集，再经过信号调理模块5、采样保持模块6、多路选择模块7和微处理器8依次的变换、处理，最终将所采集的信号数据存入存储模块10，并由通信模块11以有线或者无线的方式发送给上位机、便携式智能终端监测，能够全面反映三相电供电设备的运行状态，从而获得准确、可靠的三相电信号监测信息，为后续各项研究打下基础。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统，其特征在于:包括三相电单元（1）、电力传感器单元以及信号处理和监控单元，所述电力传感器单元由电压传感器（2）、电流传感器（3）和功率传感器（4）组成，所述信号处理和监控单元包括信号调理模块（5）、采样保持模块（6）、多路选择模块（7）和微处理器（8）,所述三相电单元（1）的输出端与电压传感器（2）、电流传感器（3）和功率传感器（4）相连，所述电压传感器（2）、电流传感器（3）和功率传感器（4）均与信号调理模块（5）连接，所述信号调理模块（5）、采样保持模块（6）、多路选择模块（7）依次相连，所述多路选择模块（7）与微处理器（8）相连，所述微处理器（8）与电源模块（9）、存储模块（10）、通信模块（11）相连接。
2.根据权利要求书1所述的一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统，其特征是：所述微处理器（8）为MSP430F247IPM单片机。
3.根据权利要求书1所述的一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统，其特征是：所述功率传感器（4）为型号C111S41的功率传感器。
4.根据权利要求书1所述的一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统，其特征是：所述电源模块（9）为三相交流电变换的直流电或者锂离子电池。
5.根据权利要求书1所述的一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统，其特征是：所述存储模块（10）为SD存储卡。
6.根据权利要求书1所述的一种基于MSP430F247IPM的三相电数据采集系统，其特征是：所述通信模块（11）是红外、RS232、wifi、zigbee、GPRS中的一种。
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