数据采集的软件实现

A/D转换器的硬件接口连接

　　以ATmega128单片机为核心的多回路数据采集器的A/D转换器的硬件接口电路框图如图1所示。ATmega128单片机的内部资源非常丰富，有128KB的闪速存储器可以编程，4K字节的SRAM和4K字节的EEPROM来存储变量，一般情况下，不需要扩展外部的ROM和RAM。

　　系统的硬件制板主要分为一块CPU主控板和八块I/O接口板。CPU主控板主要包括八路电流信号的采集模块、参数设置模块、电源模块、通讯接口模块及JTAG接口模块等。将八路开关量的输入和输出单元分别制成八块I/O接口板，每块I/O接口板包括两个有源开关量信号和两个继电器触点输出信号。I/O接口板采用与CPU主控板可脱卸方式连接，主要优点在于实际使用时可灵活选配，方便实用，节省了硬件成本，且仪器出故障时便于维修更换。

　　由于电力系统中要测量的常常是大电流，数据采集被测的电流需经过一级变压器后才能接入CPU主板，成为主板中电流互感器的模拟输入信号。模拟信号经过CD4051多路开关，并由LF124四运算放大器将模拟电流小信号放大。每路的最大输入电流允许为6A。放大后的模拟信号利用微处理器提供的内部ADC进行模数转换处理，并将10位转换结果放在ADC数据寄存器ADCH和ADCL中。在连续采样模式下，ADC连续取样，并不断更新ADC数据寄存器。本系统的关键技术在于八路模拟信号共用同一个放大电路，既可解决一致性问题，又可节约硬件成本。同时八路模拟输入信号全部用模拟多路开关进行隔离，避免信号之间的相互干扰。为了确保采集的速度，需ATmega128微处理器对八路模拟信号进行连续高速巡回检测，并在模拟多路开关切换时进行软件消抖。由于系统被测交流电流变化缓慢，在组成对模拟信号的自动巡回检测模块时，没有加入采样/保持器电路。对八路模拟信号还采用数字滤波和分段线性补偿等软件技术，增强抗干扰性，使信号采样保持在最佳线性状态，以保证测量的精确度。

　　所有输入、输出开关量信号都采用光电隔离器实现系统与现场信号的隔离，提高系统的

　　抗干扰能力。I/O接口板中报警和状态信号灯工作时电源供电都为DC24V，LED显示对报警和状态信号有无进行实时的状态报告。I/O接口板提供的2个继电器触点输出信号，有信号输出时，继电器触点将闭合。其中继电器采用OMRON G6B-114AP，体积小，触点允许接通的最大信号为：5A，250V（交流）或 5A ，30V（直流）。

　　一般微处理器本身不具备串行通信接口功能，因此，可以通过外接串行接口电路加以扩展。在采集器的通讯接口电路设计中，系统的通讯接口电路部分需要配备有RS485接口，接口芯片采用Sipex的工业级带高静电保护的芯片SP485EEN，使通信更可靠。该系统具备远程操作能力，可以实现远程输入/输出。
数据采集和AD处理的软件实现

　　数据采集是该多回路数据采集器软件编程部分的主要模块，在循环执行数据采集程序的同时，还间隔地调用了时钟定时中断子程序，数据采集数字滤波子程序和分段线性补偿子程序等。系统上电执行初始化程序，复位个端口。通过操作按键确定了采集系统时间段的初始时间之后，系统开始对0~7通道间隔1s时间采集一次电流值，调用数字滤波子程序进行滤波得到精确的数值。再通过数据转换和处理后送微处理器的数据存储器，等待PC机的读取。

　　数据采集处理的实现采用AVR单片机C编辑器--ICCAVR编程，以下是系统查询读AD子程序和AD处理的部分程序。
　ATmega128微处理器本身带有多路10位精度的逐次比较式A/D转换器，在该多回路数据采集器系统中可以显著地降低成本。由于ATmega128的A/D转换器转换速度比较高，可以采取一些数字滤波算法来得到较为精确和稳定的转换结果。利用C语言编程，使该多回路数据采集器系统的硬件设计变得简单，AD采集处理编程也容易，大大缩短了开发周期。采集器样机经厂家与标准0.2级电流表对照试验，数据采集多路电流测量都已超过0.5级表的标准；由于它直接对交流信号波形进行采样运算，因此其精度、响应速度比采用直流采样方法的高，而且系统更新、维护方便，为今后开发系列化产品打下了良好的基础。
为了对被试高压电机在不能采用直接负载法或降压负载法时进行温升试验，介绍了叠频试验法；通过采用变频机组提供试验电源，实现电源电压与频率的调节。试验数据的自动采集采用wB000数字功率计与计算机通信，实现数据处理、存储和监控一体化。

　　高压电机温升试验有直接负载法和等效负载法，数据采集等效负载法又分为降压负载法与叠频法。采用直接负载法和降压负载法时，被试电机需要与陪试电机进行机械联接，而叠频法进行异步电动机温升试验时则不需要进行机械联接，所以该方法特别适用于难以对无合适的拖动电机如高压立式异步电动机、超设备容量的异步电机及没有合适陪试电机的低速异步电机的温升试验。叠频法温升试验还可以减少对组装配的时间，减少试验时的能源消耗。随着测试手段的不断进步，测试水平的不断提升及测试设备的精度越来越高，自动测试系统及工控计算机的通讯使电机测试技术中测试数据的自动采集成为可能，大大减小了人为误差，提高了工作效率。文中对高压电机采用叠频法测量绕组温升的试验方法进行分析研究。