[实用新型]一种基于USB总线的电晕电流采集卡

说明书

技术领域

本实用新型属于电力系统领域，具体涉及一种基于USB总线的电晕电流采集卡。

背景技术

随着中国输电线路电压等级的提高以及特高压直流输电工程的投入运行，输电线路的电晕损失问题日益突出。电晕损失的研究，对于输电线路经济稳定运行具有重要意义。

目前电晕电流测量系统大多是由货架产品组成，所使用的数据采集装置多种多样，数据精度、采样率、存储深度参差不齐，无法满足电晕电流稳定采集可靠传输的需要。有些自行研制的数据采集装置，也仅限于实验室等较理想的环境中进行简单实验，一旦工作在实际输电线路中，容易发生设备击穿或者干扰较大导致数据不够精准的情况，不能可靠地进行工程上的实际应用。

目前广泛应用的USB(Universal Serial BUS)接口具有安装方便、带宽高、成本低、可靠性高和外设容量大等优点。USB2.0支持的最高传输速度可达到480Mb/s,基本能够满足日益复杂的高级外设与计算机之间的高性能连接需求,正逐渐成为现代数据传输发展的趋势之一。所以本实用新型在国内外现有研究成果的基础上，基于低功耗、抗干扰技术和USB传输总线，研制出低频段的电晕电流数据采集卡，可以准确可靠测量特高压直流电晕笼低压侧电晕电流信号，并实现波形的快速实时显示和数据的大容量自动存储。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种基于USB总线的电晕电流采集卡，实现了在特高压直流电晕笼低压侧对电晕电流进行安全稳定可靠地采集。

本实用新型提供的一种基于USB总线的电晕电流采集卡，其特征在于，所述电晕电流采集卡包括依次连接的信号调理单元、A/D转换单元和USB控制单元；所述USB控制单元与所述信号调理单元连接。

其中，所述信号调理单元包括依次连接的限幅保护电路、程控放大电路、抗混淆滤波电路和射极跟随电路。

其中，所述A/D转换单元包括信号采集芯片，其采用500kHZ采集速率、12位分辨率的A/D转换器AD7864。其用于将所述信号调理单元输出的模拟信号转换为数字信号。

其中，所述USB控制单元包括8051微控制器、通用可编程接口GPIF、串行接口引擎和USB收发器；

所述8051微控制器的I/O口与所述信号调理电路连接；

所述通用可编程接口通过数据总线与所述A/D转换单元连接；

所述串行接口引擎和所述USB收发器分别与PC机通信。

其中，所述限幅保护电路包括并联的瞬态抑制二极管TVS和陶瓷放电二极管。其用于对A/D转换模块的采集信号进行幅值限定。

其中，所述射极跟随电路包括运算放大器AD817，其用于提高输入阻抗及信号隔离。

其中，所述程控放大电路包括集成程控增益放大器；

所述集成程控增益放大器选用BURR.BROWN公司的PGA202程控仪表放大器。

其中，所述抗混淆滤波电路采用集成有源滤波器；

所述集成有源滤波器选用MAXIM公司的单片集成滤波器芯片MAX27。

与现有技术比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型信号调理单元中限幅保护电路的设计增强了采集卡的安全可靠，避免了特高压环境下采集卡遭受电压击穿的风险；前置放大电路和滤波电路保证了强电磁环境下数据的真实可靠。A/D转换芯片具有12位分辨率，保证了电晕电流信号的精度。采用USB总线，可以实现电晕电流信号的高速可靠传输。

本实用新型满足特高压直流电晕电流测量数据可靠高速传输的要求，可以在特高压强电磁环境下稳定可靠的工作。

本实用新型数据采集程序流程在GPIF设计的控制波形下实现了下位机向上位机自动发送数据的过程。

本实用新型上位机采集应用程序流程通过多线程技术实现了高速接收下位机数据，快速实时显示波形和大容量定时存储的功能。

附图说明

图1是本实用新型中的电晕电流数据采集卡系统框图；

图2是本实用新型中的信号调理单元结构图；

图3是本实用新型中的USB控制单元结构图；

图4是本实用新型中的A/D转换单元转换数据过程和读取数据时序图；

图5是本实用新型中的转换完成后读取数据时序图；

图6是本实用新型中的A/D转换单元AD7864和USB控制单元CY7C68013A的采用数据总线通信示意图；

图7是本实用新型中的数据采集程序流程图；

图8是本实用新型中的上位机采集应用程序流程图。

图9是本实用新型中的电晕电流数据采集卡的应用示意图。

具体实施方式