可用于检测单相或三相交流供电系统的电能质量检测分析平台

PIC32系列单片机不仅比PIC 8位、16位单片机速度更快、性能更强，同时相对于ARM系列的32位单片机也具有一定的优势。虽然Microc-hip能选择的MISP 4K最高时钟频率只有80 MHz，但是由于MIPS内核简洁，多家处理器评估机构确认PIC32的处理能力总体性能更高，而且PI-C32的指令多为单周期指令，比多周期指令执行速度更迅捷。PIC32系列单片机多达128 KB的RAM，使其在数据处理上更具优。Microchip微公司还有一个非常独特的优势，就是该公司所有8、16和32位的器件都是充分兼容的，所有的这些全系列的产品使用的都是同样的开发工具，单一的开发环境，软件库也是全面兼容的，这对于客户更为方便。此外，Ashling、Green Hills及Hi-Tech提供了完整工具链支持，CM-X、Exp-ress Logic等提供RTOS支持，EasyGUI、Segger、RamTeX及Micrium等提供绘图工具支持。值得一提的是，微芯公司为开发人员准备了入门工具包，示例源文件，同时免费提供了如USB、TCP/IP协议栈，以及Graphics和FATl6文件系统开发的中间件模块。PIC32的MPLAB C32编译器包括了16位Microchip MCU兼容的软件外设函数库，以更加方便快捷地使用外没模块。Microchip集成开发工具支持所有PIC32型号单片机，包括MPLAB集成开发环境(IDE)、MPLAB C32 C编译器、MPLAB REAL ICE仿真系统、MPLAB ICD2在线调试器及Explore 16开发板等。

PIC32微处理器的最大优势在于速度快、高性能、芯片集成度高和外围接口丰富，并且目前 PIC32芯片的价格也只略高于单片机。在PIC32上可以移植无MMU的嵌入式实时操作系统，容易实现多任务调度，而且简化了LCD显示、硬盘存储、网络通讯等功能的开发，大大减少了产品的开发周期，同时系统更兼具了运算能力强大的优点。本方案不仅满足设备具有较高处理速度和处理能力的要求，而且具备了实时处理能力，最后也考虑到了成本的问题。

三、系统硬件架构

系统结构框图如图2所示。它包括电压电流信号调理模块、PIC32处理器及外围电路， LCD液晶显示模块，USB移动存储模块，以太网接口通信模块。

图2 系统结构框图

通过微型电压和电流互感器，将输入的三相三路电压信号和三路电流信号进行信号调理，得到0~3V范围的模拟信号，接入到PIC32内置AD接口；因为实际三相电的频率与标准频率会有一定误差，所以需要对频率进行测量，鉴于六路信号是同频率的，只需对其中一路信号频率测量即可，设计中对Ua信号频率进行测量，通过一个施密特触发器将正弦信号变换为矩形波，然后通过PIC32内置的输入捕捉功能进行频率测量。

连续每通道采集16个波形，共计128*16个点后，进行数据处理：周期计算、FFT变换，求取三相电的基波以及谐波幅值与频率。然后用LCD显示处理后的三相基波、谐波波形曲线。同时通以太网将采集到的数据传送到PC机软件进行处理、分析、显示、存储。

3.1 电压电流信号采集回路

模拟量的采集是对电网中电压和电流的测量，经互感器变换再经调理后送给PIC32内置A/D输入端，电路图如图3(以电流输入为例)所示，调整图中反馈电阻R和r的值可得到所需要的电压小信号输出，R精度>1%。电容C1和r’是用来补偿相移的。电容C2和C3是小电容，用来去耦合滤波；两个反接的二极管是起保护运放作用的。经变换后的信号放大后再上拉就可以得到0～3V的单极性电压(AD输入范围为：0～3.3V)，然后就可以送到芯片AD转换器的输入端进行采样。

图3 电流信号调理电路

3.2 LCD液晶显示模块

设计中采用大屏幕液晶显示屏，320×240 LCD带背光，可以实时显示电网的运行电压、电流、谐波、有功功率、无功功率、视在功率、通信信息等，用户可以查看各种电参数和历史记录并可对仪器的某些参数进行设置。

3.3 以太网接口模块

以太网接口模块使用PIC32内置的带MII和RMII接口的10/100Mbps以太网MAC。支持全双工和半双工工作，可连接同轴电缆和双绞线，并可自动检测所连接的介质，通过RJ45接口与以太网进行通信。

3.4 USB移动存储模块

USB移动存储控制器使用PIC32内置的符合USB 2.0规范的全速设备和OTG (On-The-Go)控制器，主要用来存储电网运行参数记录，用户只需将U盘从USB口插入，选择存储功能即可。即插即用，操作简单，使用方便，传输速率快，存储容量不受限制。