基于FFT算法的矿井电能计量装置设计与研究.pdf

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1、2014年第6期煤矿机电·31·基于FFT算法的矿井电能计量装置设计与研究水高云广1’2，李宁2，王喜红1(1．太原科技大学，山西太原030024；2．煤矿装备与安全控制山西省重点实验室，山西太原030024)摘要：针对煤矿井下电能计量不准确、电能浪费严重等问题，开发了一种基于FFTr算法的矿井电能计量装置，即以C8051F310单片机为控制核心，设计了高精度交流采样电路，详细分析了FFTr算法，采用二表法测量功率原理进行电能计算，通过LCD实现电能实时显示。实验结果表明，该装置采集精度高，检测电能参数全面，并通过RS-485总线与煤矿监测监控网络实现数据交互，为加强煤

2、矿用电管理和提高能源利用率提供了有力手段。关键词：C8051F310型单片机；交流采样；F兀'算法；电能计量中图分类号：TM732文献标识码：A文章编号：1001—0874(2014)06-0031—05ResearchandDevelopmentofMiningElectricEnergyMeteringDeviceBasedonFFTAlgorithmGaoYunguan91一，LiNin92，WangXihon91(1．TaiyuanUniversityofScience&Technology，Taiyuan030024，China；2．ShanxiKeyLabo

3、ratoryofCoalMiningEquipmentandSafetyControl，Taiyuan030024，China)Abstract：AnelectricenergymeteringdevicebasedonFFTralgorithmisdesignedforinaccuratemeteringandthewasteofelectricenergyincoalmine，whichtheC8051F310micro—controllerisusedasthecontrolcoretoperformaccurateACsamplingandFFvralgorit

4、hm．Theprincipleofpowermeasuringwithtwowatt-metermethodisemployedtocalculatethepower，whichisdisplayedbyLCD．Theexperimentshowsthatthedevicehastheadvantagesofhighprecisionandfull—scaleelectricalenergyparameter，andcouldimplementdatainteractionwiththeminemonitoringnetworkbyRS485bus．Thisprovid

5、esapowerfulmethodtoenhanceelectricitymanagementandimproveenergyefficiencyincoalmine．Keywords：C8051F310SCM；ACsampling；FFTralgorithm；electricenergymetering0引言近年来，各煤炭企业通过使用防爆电度表、综保系统、电量自动监测系统等设备，对井下用电实施考核，但收效不佳，主要问题是：矿井中非线性负荷无功污染严重，传统电度表功能有限，无法准确测量电能，而且人工抄表效率低、质量差；监测设备价格昂贵，投资过大；综保系统的附加电能计量功

6、能精度不高，由此产生了与综保系统配套使用的独立结构电能计量装置。本装置摒弃了传统的单片机(MCU)和电能计+国家自然科学基金资助项目(51377113)量芯片的电路结构，采用单独的MCU结构，使用交流采样和快速傅里叶算法(FFTr算法)进行数据采集处理，既具有基本的电能计量功能，计量精度达到0．5级，又能进行电能数据存储、即时显示与查询，可以提供上月、当前、当月以及设定时间段的有功、无功电能等电能数据，通过RS-485总线接口与矿井集控系统进行数据交互，可实现用电管理和信息共享，促进矿井网络化建设。1矿井电能计量装置构成本计量装置以C8051F310型单片机为控制核心‘

7、¨，可实现对电流电压的采样和信号处理。C8051F310是高速、低功耗、模数混合信号系统级·32·煤矿机电2014年第6期篙貅磋薹瓣州工蔷+1．5V图2电量数据采集电路图该装置采集三路电压和电流，需要6路A／D转换，需将C8051F310的P1．0，P1．1，P3．1，P3．2，P3．3，P3．4设置为A／D通道，交流信号经图2所示采集电路调理后分别接人上述A／D端口。2．2电能计量数据存储电路设计煤矿生产中经常会断电检修或故障停电，各种电器设备的状态都会清零，电能计量装置中电能参量是累加量，必须进行断电存储才能准确计量，该装置设计了X1