DSP在電能表中的應用(04-100)

　　引言

　　實時數字信號處理、超大規模集成電路技術的飛速發展，不斷地推動著數字信號處理器性能的提高，使其在信號處理、軍事及民用電子技術領域發揮著越來越重要的作用，其應用廣度和深度也在不斷地擴展和深化。數字信號處理相對于模擬信號處理有很大的優越性，主要表現在精度高、靈活性強、可靠性好、易于大規模集成及存儲等方面，而且可以采用多種性能優良的數字信號處理方法和算法。實時數字信號處理技術的核心和標志是數字信號處理器。快速傅里葉變換等實用算法的提出，促進了實現數字信號處理的發展。數字信號處理在于運算處理的實時性。

　　電能表作為電能的計量工具，多年來一直倍受國家電力部門的重視，電能表生產企業更是不遺余力地致力于設計與開發，但目前我國電能表設計水平仍比較落后，高精度電能表主要依靠進口,傳統的4位、8位單片機因為自身性能的局限，在高精度電能計量方面難免捉襟見肘，而DSP技術在電能表中的應用為電能計量精度的大幅度提高帶來了新的希望。

　　DSP在電能表中的應用

　　根據電能表的功能和誤差精度的需求，我們選用了TI公司的TMS320VC5402芯片，在程序設計上除了完成快速數據處理工作以外，還針對系統非線性失真進行了修正和補償。

　　采集數據處理與計算

　　在實際應用中，電力信號通過互感器采集到電能表中，通過一個6通道16位模擬輸入前端處理器(AD73360)進行A/D轉換，變成數字信號并傳輸到DSP中，然后對采樣的數據進行數字濾波。在DSP中應用采樣技術需要快速ADC，即以非常快的速度來采樣模擬信號，并且需要快速DSP來執行數字低通濾波和抽取。在數字信號處理中，濾波占極其重要的作用，它解決了模擬濾波器無法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題，從而改善了數字信號的跳動，使得電壓電流信號的波形趨于理想狀態。電能表原理框圖示于圖1。

　　在采樣過程中，首要的問題是采樣頻率的選擇。在實際對x連續信號(t)作采樣時，首先要了解x(t)的最高截止頻率fc，以確定應選取的采樣頻率fs。若x(t)不是有限帶寬的，在采樣前應使用抗混淆(anti-aliasing)濾波器對x(t)作模擬濾波，以去掉f>fc的高頻成分。因此，在A/D轉換前就需要模擬低通濾波器具有尖銳的滾降特性，來限制模擬信號的頻譜。一個理想的濾波器應能讓所有低于fs/2的頻率通過，而完全阻隔掉所有大于fs/2的頻率。通常，濾波器和采樣頻率的選擇是將感興趣的頻帶限制在DC和fs/2之間。