三相多功能电测表的制作方法

1.本发明涉及一种电测表，更具体的说是涉及一种三相多功能电测表。


背景技术：

2.随着电力自动化的发展，安装在用户线路上的电能仪表样式种类不断变化，数显多功能电测表在生活中越来越重要，多功能电测表能够直观的显示用电线路上的电压、电流功率，功率因数，有功电能等相关电测量参数，人们更加方便直观的查看用电数据，更方便的对用电情况进行数据分析。
3.因而现有技术中有专利号为201922238289，名称为一种三相多功能计量系统的发明专利公开了采用设置采集模块、计量芯片和微处理器模块的组合作用来有效的实现对于三相电的电测量参数进行检测，测量的过程中主要是通过采集模块采集三相电的电压和电流，然后输入计量芯片内进行测算计量，然而现有技术中的计量芯片在接收到采集模块采样的过程中，只能够进行依次采样的方式，因而现有的计量芯片的计算效率并不高。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种计算效率高的三相多功能电测表。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种三相多功能电测表，包括采样模块、计量芯片和mcu芯片，所述采样模块、计量芯片和mcu芯片依次连接，以接收采样模块输出的数据后进行谐波计算，其特征在于：所述计量芯片进行谐波计算的具体步骤如下：
6.步骤一，将通过采样模块采样的缓存数据通过倒序位算法进行预处理；
7.步骤二，对经过步骤一预处理后的数据进行蝶形运算；
8.步骤三，通过蝶形运算完成dit fft算法对数据进行处理，进而完成谐波计算。作为本发明的进一步改进，所述步骤一中的倒序位算法的具体步骤如下：
9.步骤一一，将通过采样模块采样的缓存数据进行ad转换，将数据通过二进制算法缓存；
10.步骤一二，将转换后的数据的数字各个头尾反过来排序，获得排序后的各个数字的顺序。
11.作为本发明的进一步改进，所述步骤二中进行蝶形运算的具体步骤如下：
12.步骤二一，将虚数数组全部赋值为0，获得相应的蝶形图；
13.步骤二二，依据蝶形图构建蝶形公式；
14.步骤二三，进行fft变换第一层循环，循环数位l＝7,同时判断循环数是否达到循环数位，若未达到继续下一步，若达到则直接完成fft数据处理后结束；
15.步骤二四，计算第二层循环级数b＝2^(l-1)；
16.步骤二五，进行fft变换第二层循环，同时判断循环数是否达到循环数位，若未达到继续下一步，若达到则直接完成fft数据处理后结束；
17.步骤二六，进行fft变换第三层循环，同时判断循环数是否达到循环数位，若未达到继续下一步，若达到则直接完成fft数据处理后结束；
18.步骤二七，进行蝶形运算，并完成fft数据处理后结束。
19.作为本发明的进一步改进，所述步骤二二中的蝶形公式为：
20.x(k)＝x’(k) x’(k b)wpn；
21.x(k b)＝x’(k)-x’(k b)wpn；
22.其中，旋转因子wpn欧拉公式展开就可以得到实部和虚部wpn＝cos(2πp/n)-jsin(2πp/n)。
23.作为本发明的进一步改进，所述蝶形运算的具体步骤如下：
24.步骤1，设x(k b)＝xr(k b) jxi(k b),x(k)＝xr(k) jxi(k),有:xr(k) jxi(k)＝xr’(k) jxi’(k) [xr’(k b) jxi’(k b)]*[cos(2πp/n)-jsin(2πp/n)]；
[0025]
步骤2，将上式继续分解获得：
[0026]
xr(k)＝xr’(k) xr’(k b)cos(2πp/n) xi’(k b)sin(2πp/n)；
[0027]
xi(k)＝xi’(k)-xr’(k b)sin(2πp/n) xi’(k b)cos(2πp/n)；
[0028]
其中，xr(k)、xr’(k)的存储位置相同,所以经过上式分解后，该位置上的值已经改变，而下面求x(k b)要用到x’(k)，因此在编程时要保存xr’(k)和xi’(k)到tr和ti两个临时变量中；
[0029]
步骤3，将xr(k b) jxi(k b)＝xr’(k) jxi’(k)-[xr’(k b) jxi’(k b)]*[cos(2πp/n)-jsin(2πp/n)]继续分解得到下列两式:
[0030]
xr(k b)＝xr’(k)-xr’(k b)cos(2πp/n)-xi’(k b)sin(2πp/n)；
[0031]
xi(k b)＝xi’(k) xr’(k b)sin(2πp/n)-xi’(k b)cos(2πp/n)；
[0032]
其中，在上述步骤3的两个分解式中的xr’(k)和xi’(k)分别用tr和ti代替，在执行步骤3的第一个分解式前，要先将上一级的值xr’(k b)保存，xr(k)和xr’(k),xi(k)和xi’(k)使用同一个变量。
[0033]
本发明的有益效果，通过步骤一至步骤三的设置，便可有效的利用蝶形运算来实现对于谐波的计算了，并且计算过程中对数据进行了一定的转换，如此便可有效的实现adc同步采样数据缓存数据，相比于现有技术中采用逐步采样的方式，计算效率更高。
附图说明
[0034]
图1为本发明的三相多功能电测表计算谐波的流程图；
[0035]
图2为蝶形图。
具体实施方式
[0036]
下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
[0037]
参照图1至2所示，本实施例的一种三相多功能电测表，包括采样模块、计量芯片和mcu芯片，所述采样模块、计量芯片和mcu芯片依次连接，以接收采样模块输出的数据后进行谐波计算，其特征在于：所述计量芯片进行谐波计算的具体步骤如下：
[0038]
步骤一，将通过采样模块采样的缓存数据通过倒序位算法进行预处理；
[0039]
步骤二，对经过步骤一预处理后的数据进行蝶形运算；
[0040]
步骤三，通过蝶形运算完成dit fft算法对数据进行处理，进而完成谐波计算，通过上述步骤的设置，便可快速有效的实现对于谐波的计算了。
[0041]
下述对于谐波的计算步骤做进一步详细描述：
[0042]
先将采样缓存数据进行倒位序算法；
[0043]
倒位序：就是将数字的各个尾反过来排序后得到的数字后的顺序，举个例子吧如我们的输入8个信号，我们只需要三个位就可以描述着写信号的下标，比如1＝001b，2＝010b等等，那么1的倒位后为100b＝4，010b＝2，依此类推，这就是倒位序，最后生成的新的顺序就是排序后的结果，这个结果有一个特点，那就是把偶数和奇数分开，这也就是fft的理论基础。
[0044]
对数据进行蝶形运算；
[0045]
因进行分析的数据只有实数，我们需将虚数数组全部赋值为0，蝶形图如图2所示，蝶形公式：
[0046]
x(k)＝x’(k) x’(k b)w pn,
[0047]
x(k b)＝x’(k)-x’(k b)w pn
[0048]
其中旋转因子wpn欧拉公式展开就可以得到实部和虚部w pn＝cos(2πp/n)-jsin(2πp/n)。
[0049]
设x(k b)＝xr(k b) jxi(k b),
[0050]
x(k)＝xr(k) jxi(k),
[0051]
有:
[0052]
xr(k) jxi(k)＝xr’(k) jxi’(k) [xr’(k b) jxi’(k b)]*[cos(2πp/n)-jsin(2πp/n)]；
[0053]
继续分解得到下列两式:
[0054]
xr(k)＝xr’(k) xr’(k b)cos(2πp/n) xi’(k b)sin(2πp/n)
ꢀꢀ
(1)
[0055]
xi(k)＝xi’(k)-xr’(k b)sin(2πp/n) xi’(k b)cos(2πp/n)
ꢀꢀ
(2)
[0056]
需要注意的是:xr(k)、xr’(k)的存储位置相同,所以经过(1)、(2)后，该位置上的值已经改变，而下面求x(k b)要用到x’(k)，因此在编程时要注意保存xr’(k)和xi’(k)到tr和ti两个临时变量中。
[0057]
同理:xr(k b) jxi(k b)＝xr’(k) jxi’(k)-[xr’(k b) jxi’(k b)]*[cos(2πp/n)-jsin(2πp/n)]继续分解得到下列两式:
[0058]
xr(k b)＝xr’(k)-xr’(k b)cos(2πp/n)-xi’(k b)sin(2πp/n)
ꢀꢀ
(3)
[0059]
xi(k b)＝xi’(k) xr’(k b)sin(2πp/n)-xi’(k b)cos(2πp/n)
ꢀꢀ
(4)
[0060]
注意：
[0061]
①
在编程时,式(3)、(4)中的xr’(k)和xi’(k)分别用tr和ti代替。
[0062]
②
经过式(3)后，xr(k b)的值已变化，而式(4)中要用到该位置上的上一级值，所以在执行式(3)前要先将上一级的值xr’(k b)保存。
[0063]
③
在编程时,xr(k)和xr’(k),xi(k)和xi’(k)使用同一个变量。
[0064]
对数据进行dit fft运算；
[0065]
我们知道n点fft运算可以分成logn2级，每一级都有n/2个碟形。dit fft的基本思想是用3层循环完成全部运算(n点fft)。
[0066]
第一层循环：由于n＝2m需要m级计算,第一层循环对运算的级数进行控制。
[0067]
第二层循环：由于第l级有2l-1个蝶形因子(乘数)，第二层循环根据乘数进行控制，保证对于每一个蝶形因子第三层循环要执行一次，这样，第三层循环在第二层循环控制下，每一级要进行2l-1次循环计算。
[0068]
第三层循环：由于第l级共有n/2l个群，并且同一级内不同群的乘数分布相同，当第二层循环确定某一乘数后，第三层循环要将本级中每个群中具有这一乘数的蝶形计算一次，即第三层循环每执行完一次要进行n/2l个碟形计算。
[0069]
可以得出结论：在每一级中，第三层循环完成n/2l个碟形计算；第二层循环使第三层循环进行2l-1次，因此，第二层循环完成时，共进行2l-1*n/2l＝n/2个碟形计算。实质是：第二、第三层循环完成了第l级的计算。
[0070]
几个要注意的数据：
[0071]
①
在第l级中，每个碟形的两个输入端相距b＝2l-1个点。
[0072]
②
同一乘数对应着相邻间隔为2l个点的n/2l个碟形。
[0073]
③
第l级的2l-1个碟形因子wpn中的p，可表示为p＝j*2m-l，其中j＝0，1，2，...，(2l-1-1)。
[0074]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。