石家庄铁道大学毕业设计
第4章 交流电压、电流有效值测试
4.1 测试方法
(1)输入频率为50Hz，峰-峰值为0V至10V的正弦波，测量电压有效值，电流有效值，有功功率，无功功率，视在功率和功率因数。
(2)输入幅度为5V，频率为20Hz至80Hz的正弦波，测量信号频率。 表4-1记录了系统测量数据。
表4-1 参数测量数据表
测量参数 交流电压/V 表头值 实测值 表头值 实测值 实测值 实测值 实测值 实测值 实测值 实测值 表头值 实测值
交流电流/A
电压有效值/V 电流有效值/A 有功功率/W 无功功率/var 视在功率/V?A 功率因素 信号频率/Hz
10 8 10.004 7.995 10 8 10.002 7.935 3.530 2.807 3.535 2.821 12.751 7.810 2.381 1.119 12.481 7.920 -0.981 -0.989 30 35
29.921
34.910
6
6.022 6 5.945 2.109 2.110 4.410 0.606 4.460 -0.988 40
39.898
4 4.014 4 3.963 1.407 1.411 1.960 0.310 1.984 -0.987 45
44.887
2 2.026 2 2.027 0.715 0.715 0.500 0.089 0.512 -0.984 50
49.872
1 1.025 1 1.013 0.362 0.363 0.128 0.021 0.131 0.984 55 0.8 0.812 0.8 0.822 0.288 0.289 0.082 0.012 0.083 0.988 60 0.4 0.409 0.4 0.414 0.143 0.144 0.020 0.005 0.020 0.965 65
54.856 59.846 64.831
注：1、以上数据均为测量3次取其平均值。 2、交流电压有效值最大相对误差：0.4861%。 3、交流电流有效值最大相对误差：0.6546%。 4、频率最大相对误差：0.256%。
4.2 误差产生原因分析
为了减小测量误差，提高测量结果的准确度，必须明确测量误差的主要来源，以便估算测量误差，并采取相应措施减小测量误差。
综合分析系统的各个部分，误差大体来自以下几个环节。 (1)互感器带来的误差
互感器中由于激磁电动势的存在，电压互感器和电流互感器原边电流和副边电流在矢量上不再成正比，互感器的实际输出和理想输出之间出现了误差，在硬件调试过
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程中，当输入电压或者电流过大时，会出现波形失真的情况，这种情况就是互感器磁饱和所致。另外，互感器还不可避免的存在着非线性因素，这对测量结果也会产生影响。
(2)抗混叠滤波带来的误差
对抗混叠滤波电路进行过分析，由于实际滤波器与理想滤波器之间存在误差，在截至频率附近的信号有相应的衰减，这将直接导致各次谐波幅值有所衰减。在实际精度要求很高的情况下，可以考虑对信号的幅值进行相应的补偿，另外也可以选用一些专用的滤波器芯片来来最大程度的抑制或消除混叠现象对动态测控系统数据采集的影响同时保证幅值损失最小。
(3)同步采样带来的误差
同步采样指的是采样的各路的电压和电流信号相位差要求同步，即采样后它们的相位差与采样前原始信号的相位差相等。由于该款单片机内部AD拥有八个通道，虽然采用序列通道单次采样，但是只有一个采样保持器，使得各路的电流、电压信号并不严格同步。同时ADC采样也会带来量化误差，使得当信号较小时，会产生较大误差，此外ADC还存在噪声、积分非线性、采样时基不匹配、采样时基抖动等各种问题。
(4)数据截断和舍入误差
在数据处理的过程中，由于各种因素导致的数据类型强制转换带来的误差，也是一个不可忽视的因素。另外在数据送到LCD显示的时候，受限于LCD显示能力，也会发生人为的将数据截断和四舍五入，以便于显示。
(5)FFT算法存在的误差
此次设计的谐波分析采用的是128点的FFT算法。按照数字信号处理的理论，任何一个有限长序列进行FFT变换，都相当于给无限长序列加上一个矩形窗得到。这样就产生了所谓的栅栏效应。栅栏效应不能消除，只能减小。减小栅栏效应的前提是增加采样次数即提高频率分辨力，但是这样做会使FFT运算量急速增加。
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第5章 结论与总结
本文研究和开发了一种基于MSP430F149的简单谐波数据采集分析系统。此采集系统以低功耗单片机MSP430F149为核心，它有高效的16位RISC内核和8 MIPS的指令速度，以及高速12位ADC12模块，不仅为采集系统提供强大的采集处理能力，可以实现对数据的高速采集及处理。模拟信号采集部分前端互感器采用了DVDI-001卧式穿芯小型精密电压互感器(Potential Transformer，PT)和TA1419-4卧式穿芯小型精密交流电流互感器(Current Transformer ，CT)来来满足要求，具有精度高、体积小的优点。220 V的高压电和大电流经过互感器可转化为幅值为－0.5~+0.5 V的微信号。信号调理电路使－0.5~+0.5 V的输入信号进行约3倍的放大和1.6 V的抬升。过零检测电路有效的降低了采样同步偏差，简化了系统软件，其中采用TL062单运放，稳定可靠。
由于本人实际动手经验不足，导致选频电路模块实际测验大电压示波器显示效果不是很理想，所测数据与理论值相差很大，可能选频电路焊接导致，亦可能其他原因。虽然没有做出理想的硬件成果，但通过这次设计也是我了解到理论设计与实际动手操作是截然不同的两码事。不过也使我学到了新的东西，我相信为以后的工作学习一定会有很大的帮助。
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参考文献
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致 谢
毕业设计即将结束，这也意味着我在大学学习生活既将结束。在老师的指导和同学的帮助之下，我基本按时完成了这次毕业设计。由于实践经验比较缺乏，设计方面难免考虑不够周全，但是这个完整的学习过程对我却很有帮助，为我以后走向工作岗位做了铺垫。论文的写作是枯燥艰辛而又富有挑战的，在毕业论文设计过程中，我遇到过许许多多的困难。在这里我衷心向大学期间帮助过我的老师们和同学们表示感谢。
首先，在此我要由衷的感谢我的指导老师陈东阳老师给我悉心的帮助和对我耐心而细致的指导。陈老师这学期带了八九个毕业生，非常辛苦，但他仍不辞辛苦对我们辅导，解决我们在毕业设计过程中遇到的各种问题，并传授我们一些工作和生活方面的经验。我们这组每个人的毕业设计都凝聚着吴老师辛勤的劳动，他的治学严谨和科学研究的精神是我永远学习的榜样。
其次，我要感谢我的专业课老师，张老师、崔老师、常老师??是他们在我大学期间教授我专业知识，教会了我很多处理问题解决问题的方法，给了我这次毕业设计很大的帮助，也为我以后走向工作岗位打下了基础。谢谢你们呕心沥血的教导。
最后，我要感谢在毕业设计的这段时间和我“并肩作战”的同学们，特别是和我分到一个小组的季克佳同学，如果没有他的帮助，此次毕业设计的完成将变得困难。他在我设计中给了我许多宝贵的意见和建议。
付出总会有回报，通过这几个月的努力学习，和指导老师及同学们的悉心帮助，我的毕业设计基本达到了预期的目标，从中我受益匪浅，在此，我再次向帮助过我的人表示衷心的感谢！
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