[摘 要]本文针对0.4kV配电网，分析了电流、电压有效值，电网频率，谐波检测，电压波动检测，电压三相不平衡度检测等电能质量指标监测原理和方法，采用基于电流的PQ算法的谐波电流检测方法，并对其进行仿真分析。开发了基于MSP430F1611单片机、无线收发模块nRF905和PC机组成的电能质量在线监测系统，详细介绍了其硬件部分设计。
　　[关键词]MSP430F1611 电能质量监测 谐波电流检测 配电网
　　本设计的硬件方案框图见下图
　　MAX155是由美国MAXIM公司推出的，具有8个模拟输入通道，并且每个通道拥有自己的保持/跟踪电路，可以实现跟踪、采样同时进行，有利于减小各通道之间通信时间的差异，具有多通道模数转换的属性。各个通道的转换时间相同，都为3.6μs，在运行后结果自动保存在RAM中。在单独一个+5V电源供电时，其可工作于单端或差分、单极或双极性等形式的转换电路中。如果需要更宽的范围，芯片必须由±5V供电。具有2.5V的电源关断功能和内部参考电压是MAX155的另一个特性，如此恰好构成一个完善的系统。
　　电流、电压变换电路主要实现的功能是弱电信号与强电信号之间的变换和隔离，主要包括的电路有：电流、电压信号放大电路、滤波电路、互感器信号转换电路等。
　　而在采集过程中，之所以要对信号进行缩小处理，是因为电压、电流的属性和范围与MAX155不相符。所以，要采用两种互感器，分别为SCT254AK电流互感和SPT204A电压互感器。下面对其分别介绍：
　　SCT254AK电流互感器，根据其精密程度规定，额定输入电流为5A，输出额定电流为2.5mA。如果需要将电流信号转换成电压信号时，应用电路如图2所示。下面简单介绍一下各个器件的作用。电容C2是用来防振和滤波，其大小一般为400 pF至1000pF。可调电阻r′及电容C1是用来补偿相移的。而输出电压是通过调整电阻R和r的值所得到。两个二极管是运算放大器的作用，C3的数值一般不大于400pF，有抗干扰的作用。而运算放大器推荐使用较好系列的，因为性能好的，在工作时能提高测量的精确度以及良好的稳定性。电源的大小根据情况而定，一般是+12V或+15V。
　　SPT204A电压互感器，根据其精密程度规定，输出、输入而定电流都是2mA。如需要把电压信号转换成电流信号时，建议使用电路如图3所示。下面简单介绍一下各个器件的工作原理。电容C2是用来防振和滤波，其大小一般为400至1000pF，其各个器件的功能同电流互感器SCT254AK的作用十分相似，唯一有区别的就是在输入口，有个R′，作用是限制电流的，且不管输入的电压多大，只要适当的选择R′，就可以保持在规定的范围内。
　　键盘是单片机的重要组成部分，输入、查询等方面都要用到它。同时键盘是人工干预系统的主要方式，也是最为直接、方便的形式。我们所使用的键盘，主要分为两类，编码和非编码。编码式的使用硬件线路，电路结构比较复杂而且键数比较多，我们使用的电脑就是使用的这种方式。非编码式只有按键的开和关，剩下的部分由软件来实现，因其结构简单，所以一般应用在单片机领域中。
　　本设计采用了行列式键盘，根据应用的需要，采用了程序扫描的工作方式。为了能够可靠地完成按键处理任务，就应考虑到按键抖动问题。抖动时会产生电信号的干扰，能够导致系统无法识别，从而引起错误指令。有2种方法可以解决抖动问题，一种是采用专门的键盘/显示器接口芯片，另一种是采用软件延时法，经过实验证明，这种方法是可行的。
　　串行接口电路采用MAX232芯片
　　MAX232芯片为了能够在5V电源的环境下工作，需在内部装设电压发生器，而且是电容性的。MAX232接收器之所以能够接收±30V的输入，是因为它拥有1.3V的典型门电路限制。
　　设计电路的抗干扰电路时，要将其一分为二：数据采集部分及无线射频部分。因为射频电路部分容易受到受到其他电路部分的干扰，为了避免这种情况，在设计系统时数据采集电路和射频电路应该分别制作在各自的电路板上。
　　对模拟信号能够造成噪声干扰的主要是那些时刻变化的数字信号，它们能量较大、占用的频谱宽，对整个系统中的电子器件有很大的影响，因此，需要加装去耦电容。安装的位置一般是跨接在地和电源之间。电路的设计应该简单明了，紧凑清晰，这样也会减小干扰。
　　射频的工作波段是RF，无线模块对于干扰十分敏感，比如说附近的走线都会如电感般产生干扰，所以在设计时，为了得到更好的效果，就应充分的考虑到干扰对电路的影响，最好的方式就是将射频电路单独处理。将其他电路与它隔开一定的距离，这样干扰程度会大大降低。
　　综上所述，应用最适宜的硬件，采用合理的软件设计，尽最大可能实现设计的要求，完成此项目。