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随着电能的广泛使用,电气设备对供电质量要求越来越高,尤其是以计算机为核心的控制系统和高速电子系统,不仅对供电质量异常敏感,也会使供电质量进一步受到影响。因此,对供电系统或电网中电能参数的检测显得尤为重要。目前,电能参数检测系统中主要采用单片机或DSP作为控制核心,前者的运行效率和检测精度有限;后者虽然适合于大量数字信号处理场合,但其系统价格较高,电路设计复杂,对算法要求很高等,无法满足当前广大市场需求。所以,需要进一步深入研究和设计多功能、宽领域和经济性的电能参数检测系统。 论文通过对比分析不同采样理论方法的应用特点与不足,选择了适合本系统的软件同步采样方法。通过kinetis k60微处理器内部的16位高精度可编程器定时中断触发采样,其采样速率最高可达12.5MHz,解决了现有电能参数检测系统采样限制的问题。论文对频率、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素等电能参数的计算进行了详细研究和分析,从算法的运算效率方面对快速傅里叶算法进行了计算量优化,并运用优化后的快速傅里叶算法对电能的谐波进行了检测。 论文设计并实现了基于ARM Cortex-M4的电能参数检测系统。系统的硬件设计包括Kinetis K60核心控制电路模块、交流电压电流信号采集调理模块、TFT液晶显示电路模块、系统供电电路模块、通讯接口电路模块等。系统软件设计包括K60启动程序、PDB中断程序、A/D采集程序、按键中断程序与数据处理程序等。在系统软件设计中,通过对软件进行模块化和构件化处理,使程序具有可读性高和可移植性强的特点,同时保证了系统的稳定性、实时性、高效性。 通过对系统各功能模块大量的实验测试,结果表明系统中各功能模块工作正常,性能良好。同时,本电能参数检测系统通过对市电按比例转换输出的0~3.3伏电信号采集实验,进行系统的性能研究。最后,系统在市电条件下进行系统整体的性能测试与验证实验。实验结果表明本电能参数检测系统在精度、量程、稳定性和实时性等方面满足设计要求,具有较好的应用前景。