摘 要

当今社会经济发展迅速，能源消耗剧烈，采取有效措施应对当前能源问题尤为重要。电力能效监测装置能够很好的起到监测能源消耗，避免不必要的能源浪费的作用。而能效装置的设计研究离不开其中的数据采集，数据处理模块。因此，学习交流电量数据采集系统是掌握设计好能效装置的前提条件。本篇论文设计的数据采集系统应用于实际的电力能效监测装置中的数据采集、处理部分。其中主要研究内容如下：

(1)调研国内外对数据采集系统的研究现状，结合设计要求，讨论设计出几种可行方案，考虑各方面因素后最终选出一套的方案，确定出系统的整体设计框架为DSP ARM的系统。

(2)根据设计的框架完成系统的硬件电路设计。硬件电路的设计先通过DSP选型，然后根据DSP设计其外围电路包括DSP对应的最小系统设计，DSP前端信号调理电路设计，DSP与ARM通信接口设计，DSP前端A/D转换设计以及采集通道设计。

(3)对应于采集系统的硬件电路需要设计相应的软件电路，其中的程序主要是对DSP模块的编写，其程序在仿真环境CCS中编写，再烧录到DSP中。软件部分主要分为6大模块：

主程序，直流信号采集程序，交流信号采集程序，直流采集信号处理程序，交流数据处理程序，DSP与ARM通信接口程序。

（4）最后回顾整个课题研究过程，总结设计过程中经验。对采集系统应用前景探讨分析。

关键词:能效 数据采集 数据处理 硬件 软件

ABSTRACT

The rapid development of social economy, energy consumption is fierce, take effective measures to deal with the current energy problem is particularly important. Power efficiency monitoring devices can be very good to monitor the energy consumption, to avoid the unnecessary energy waste. The energy efficiency device design research can not work without the data collection, data processing module. Therefore, learning AC power data acquisition system is a prerequisite for designing a good grasp of energy efficiency device. the data acquisition system designed in this paper , is used in the energy efficiency device acquisition, processing part. The main research contents are as follows:

(1)Through researching on the Current Situation of Data Acquisition System at home and broad and combined with the design requirements, we discuss and design several feasible solutions. After considering all aspects of the factors, finally select a viable option. Determine the overall design of the system framework is DSP ARM system.

(2) According to the design of the framework to complete the system hardware circuit design. Hardware circuit design through the DSP selection, and then based on DSP design of its external circuit include: corresponding DSP minimum system design, DSP front-end signal conditioning circuit design, DSP and ARM communication interface design, DSP front-end A / D conversion design and acquisition channel design.

(3) The hardware circuit of the acquisition system needs to design the corresponding software circuit, the main program is the preparation of the DSP module The program is written in the simulation environment CCS and then burn to the DSP. The software part is divided into 6 modules:

Main program, DC signal acquisition program, AC signal acquisition program, DC acquisition signal processing procedures, AC data processing procedures, DSP and ARM communication interface program

(4) Finally, review the entire project research process, summed up the experience of the design process. Analysis on the Application Prospect of Acquisition System.

Key words: Energy efficiency data acquisition data processing hardware software

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2数据采集系统的概念及基本组成 2

1.3国内外研究现状 3

1.3.1国内研究现状 3

1.3.2国外研究现状 4

1.4论文主要内容 4

1.5 本章小结 5

第2章 基于DSP数据采集系统的总体方案设计 6

2.1系统设计基本要求 6

2.2方案对比选择 6

2.3采集系统整体框架的确定 8

2.4硬件技术分析 9

2.5本章小结 10

第3章 数据采集系统硬件电路设计 11

3.1DSP芯片 11

3.2DSP最小系统设计 13

3.2.1时钟电路设计 13

3.2.2复位电路设计 14

3.2.3JTAG接口电路设计 15

3.2.4电源电路设计 16

3.3数据采集通道设计 17

3.3.1数据采集非电气量采集通道设计 17

3.3.2数据采集电气量采集通道设计 18

3.4 A/D芯片选型及接口电路设计 21

3.4.1 A/D芯片选型 21

3.4.2 A/D7606芯片工作原理 23

3.4.3 A/D7606接口电路设计 23

3.5 通信接口电路设计 24

3.6 抗干扰电路设计 26

3.7脉冲捕获电路设计 27

3.8本章小结 27

第4章 数据采集系统软件设计 28

4.1数据采集系统软件开发环境 28

4.2 DSP软件编程 29

4.2.1软件总体程序设计 29

4.2.2 电气量数据采集系统程序设计 31

4.2.3 非电气量数据采集程序设计 32

4.2.4数据处理相关参数 33

4.2.5 通信串口部分软件设计 35

4.3软件抗干扰设计 36

第5章 总结与展望 37

5.1总结 37

5.2本文不足与展望 38

参考文献 39

致谢 41

附录 数据采集系统实物图 42

第1章 绪论

1.1课题研究背景

当今社会随着经济的迅速发展，我国能源的需求消耗也越来越多，迫使我国对外的能源依存度越来越高.同时我国能源消耗占世界比重超过五分之一，成为第二大能源生产消费大国，能源问题日趋严重^[1]。其中最为有效的办法之一可以采取措施对能效做出合理的监控，不仅可以减少能源的消耗，提高能源的利用率，而且可以更加有效的保证了能效系统安全稳定的运行。目前我国正大力发展电力需求侧管理平台，在一批试点城市采取了相应措施，很多其他城市也在积极响应。为了更好地对各种企业公司的电力能效数据进行监测，建立其配套的电力能效监测设备必不可少。电力能效监测终端是我国电力需求侧管理系统中的重要一员，它的研制使我国用能企业单位能够真实地认识到设备的耗能情况，并且为节能项目的在线监测以及节能量的审核提供了重要的数据支撑。

针对能源消耗日益严重的问题，为适应新形势下发展的需要，国家相关部门也在多个领域提出来相应的能效监测管理规定^[2]。其很好的促进能效监测的规范化，合理化发展，进而促进当前新形势下的产业链转型升级，推动我国经济更快更好发展。

当前，世界发明的监测装置种类繁多，按测量方式的不同可以包含以下三类：手持式、便携式、远程式三种^[3]。手持式和便携式主要用于现场实地监测，成本较低但是需要单点测量，且若要做数据的对比分析需要将数据存储后，连接在计算机上做处理，缺乏对采集数据的有效处理和数据管理功能而远程式的优点在于具有很好的实时性、多点监测以及实时监测，且对采集数据可以实现几种合理管理，但设备体积大，携带不方便，且成本高。实验设计便携式移动能效监测仪拟合以上3种监测设备的优点，实现低成本，可对多测点实时连续监测的智能化便携式移动能效终端。实现对配网变压器、配网无功、配网线路、电机、照明、空调和锅炉七大典型用能系统的数据测量和数据上传，进而借由主站配套的能效监测软件的数据分析和功能体系的有机结合形成一套完整的测量分析系统。

本篇毕业论文包括该移动电力能效终端系统中的数据采集模块以及数据处理模块的研究。通过设计该部分模块实现该能效分析仪的多点数据采集、电气量和非电气量的实时监测功能和信号采集处理模块。同时，基于DSP对数据强大的运算处理能力，经过有效的算法分析得到测量信号的电压、电流有效值，有功功率、无功功率，信号波的基波和各次谐波参数，并且可以通过通信模块传输给ARM模块来控制管理整个系统，最终通过显示屏显示测量和处理后的数据信息。

1.2数据采集系统的概念及基本组成

数据采集系统即将需要的模拟量信号、数字量信号传输处理的模块化接口电路。待采样信号每经过时间t采样一次，根据香浓采样定理，采样频率要大于待采样信号的两倍以上，将采集到的数据通过处理器处理后即可得到输入信号基波和各次谐波参数。