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科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
传统的电表在测量信号时，如果信号中谐波含量较大就会出现比较大的测量误差，提高电流信号的测量精准度是在当今电力行业发展过程中迫切需要解决的问题。
DSP智能电表的设计原理是采用数字信号处理器，在处理采集数据的时候运用数字信号这一处理器。这样可以大大提高采集数据的速度，对采集到的数据进行计算时也方便快捷。在测量精度的时候，可以降低谐波对精度的影响。因此基于D SP 设计出来的智能电表具有高速、精确、抗干扰能力强和实时性强的特性。
在本设计中，此类智能电表可以完成对三相电压、电流、功率以及谐波的测量和分析，速度快、时效性强和较强的抗干扰能力。很多时候，开发计量芯片的设计人员会忽略计量这一方面的需求。在这种情况下，很容易出现设计问题，使产品因为小的设计缺陷而无法用于最终的解决方案。本设计中，使用DSP2812，加入ADE7880芯片，具有超大存储和分析数据的空间。
对于电能计量方面，输电线如何与仪表相接(使用变压器、传感器等)和模拟前端对电压和电流的测量精度这两项直接决定了计算的精准度。AD C的选择决定了模拟系统的精度。另外，在A D C 输入端加设一个低通滤波器，可以过滤噪声。这都是本设计中智能电表较之其他普通智能电表的优势所在。
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2 基于DSP的智能电表设计方案
（1）数字信号处理器(D SP)作为智能电表的核心，担任数据采集、数据处理及功率变换器的功能。D S P 处理器可以同时完成对结果数据的处理、显示和管理工作。DSP的最大的最大的特长和优势就在于数据计算，因此通过DSP，可以完成对电压、电流的测量，以及对功率和谐波进行分析和处理工作，增加了电表的测量准确度。
（2）对谐波功率进行分析傅里叶变换，是信号处理中的一个重要工具，它的功能主要是将信号从时域变换到频域。离散傅里叶可以将连续的傅里叶形式进行变换，转换为离散形式。对离散傅里叶变换进行快速计算时，通过快速傅里叶变换进行。这种快速、便捷的转换形式和计算形式使离散傅里叶变
换在实践中得到了推广与应用。本文所阐述的基于DSP的智能电表设计方案在对采集数据进行快速傅里
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叶变换时，是通过D S P 数字信号处理器完成的这样一种形式。经过此类处理，我们测量的电信号，就变成了基波和各次谐波的形式，这样就可以计算功率以及对电能进行分析。
3 硬件电路中的采样调理电路
采样调理电路的作用是按照一定比例对将所测量的大电压、电流信号进行缩小。它主要是由电压、电流传感器和运算放大器三部分组成，DSP可以接收0～3．3 v的信号，通过采样调理电路将信号处理成D SP 可以接受的范围，这一项变换是通过加法电路来实现操作，然后运用于DSP采样。采样得到的数据用于计算测量数字，这样采集到的数据为离散的数字，可直接对其进行计算。
在本智能电表设计中，我们需要分析测量信号频谱，我们需要得到相位信息，以此来确立各信号之间彼此的相位关系。这是应使用同步采样技术。在测量信号时，使用同步采样的方法，将信号的一个周期进行均匀离散，取每个离散点处的瞬时值。测量信号的一项关键技术就是对周期性测量信号进行同步采样。在本设计中，基于DSP的智能电表设计采用的是集成锁相环CD4046，来实现现锁相同步信号采样。
4 硬件电路中的电平转换电路
因为AD 转换器的电压为5 V，在低压工作时，内核的电压为1．8 V，为了保证运作的正常进行，就需要进行电平转换。这项转换时在ADS78O5和DSP之间进行。本设计中，由DAR引脚控制和调整工作模式，通过加入ADE7880芯片来实现ADS7805和DSP2812之间的8路双向转换工作。电压传感器电流传感器采样调理电路电平转换电路DSP处理系统显示键盘打印电压电流锁相同步采样电路
5 智能电表的软件设计
采样模块和F F T计算模块是D S P 智能电表设计中软件的主要组成部分，各个功能模块的调节和运用通过主程序来操控，来对我们所需的数据和数字量进行测量。基于DSP的智能电表设计中最关键的环节就是采样模块，测量结果的精确度直接受采样模块精度和速度的影响。比如说在测量50 Hz的信号时，每周期采样128个点，然后通过快速傅里叶变换计算模块直接对
采样数据进行分析和计算。
对电网谐波进行分析也是整个系统观念中的重要部分，它是通过快速傅里叶变换来完成的。因为DSP为定点计算，如果输入数据或者中间结果，可能会出现溢出的问题，因此在设计中规定将每级的运行结果除以2，最后的输出结果为0．5的N次方。
6 结语
综上所述，随着我国电力工业的发展方向趋于大容量化，企业生产技术对能耗以及电表计量的精准度要求越来越高。因此，提高电能的利用率，节约能耗，是一项重大的研究课题，从设计智能电表入手就可以高效地达到这一目的。研究基于D S P 的智能电表设计方案可以解决目前三相功率电表的局限性和不足之处，可以提高电表在测量和计算过程中的精确度、时效性和高速性。基于DSP技术对电网中的电信号进行谐波分析，利用傅里叶变换技术和数字信号处理器(DSP)，这样就可以实现智能电表的设计。该电表可以完成对三相电压、电流的测量，对功率以及谐波的进行精准的分析，速度快、时效性强，并且有很强的抗干扰能力。这对进一步促进电力电子技术的发展提供了动力，也有效地提高了电力资源的利用率。
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①作者简介：杨默涵(1992.7—)，男，汉族，广东省深圳市，本科，研究方向：电气工程与自动化。
基于DSP的智能电表设计①
杨默涵 贡凌宇 李毅炜
（重庆大学电气工程学院 重庆 400044）
摘 要：传统的交流电表功率变换的方式是通过模拟乘法器和数字乘法器来实现的。这种方法不能同时完成三相电压、电流和功率的测量，而且测量的准确度不够精密，稳定程度不高，设计成本也比较高。因此，现在提出一种基于DSP技术控制的智能电表的设计方案，这种智能电表具有实时性强、速度快和抗干扰能力强等特性。关键词：DSP技术 智能电表 硬件电路中图分类号：TM933.4 文献标识码：A
文章编号：1674-098X(2013)07（a）-0040-01
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