嵌入式电压监测仪表终端的设计数据采集模块(3)
2.1 数据采集系统的基本配置
本系统的基本配置由三部分组成：
（1）辅助开关电源，用于给本系统各个模块提供＋5V、±12V电源。
（2）硬件部分，用于变换电压、电流等模拟量，以适应A/D变换需要，并进行数据采集，将采集到的数据及时进行储存。
（3）软件部分，主要用于数据处理、管理、C语言编程等。
硬件部分以ARM系统为核心，由AD采样电路、开关量输入输出电路、存储电路及组成。其工作原理是[5]：首先将电压互感器和电流互感器引入的二次电压和电流进行预处理，将输入模拟量通过调理电路调理到A/D所要求的电压范围内，再由输入滤波器滤去直流分量、低次及高次谐波分量和各种干扰信号，进入模/数(A/D)转换器变换成数字量，然后ARM微控制器将输入的数字量进行数字滤波并存储[6]。
2.2 数据采集系统的方案及比较
经查阅资料知道[7]，基于嵌入式系统的数据采集在目前常用的有：
1) 基于 MCU 的数据采集系统方案
2) 基于数据采集卡技术方案
3) 基于 PLC 的技术方案
4) 基于嵌入式ARM 微处理器的技术方案
对上述四种方案进行了一番比较和分析：
第一种基于MCU的数据采集系统方案，虽然成本低，技术成熟，但是一般采用装置大多采用8位或16位单片机，位数小、时钟频率低、指令执行时间长、内存小，不能运行实时操作系统，因此不能胜任数据采集的实时性以及各种附加功能要求。
第二种基于数据采集卡和工控机的方案，虽然具有速度快、开发周期短等优点，但由于硬盘和操作系统的使用，存在可靠性和稳定性较差的问题，另外成本较高;
第三种基于PLC的方案，可以采用多个数据采集模块以实现多功能的采集，并且开发方便，但PLC与上位机的数据传输速度受限制，通常是采用串口的接口形式，采样速度也不能达到要求，同时价格也比较昂贵。
第四种基于嵌入式ARM微处理器的方案，可以针对特定的应用，开发专用的系统，ARM 核微处理器的主频可以达到l00MHz以上，可以满足高速数据采集的要求，通过以太网接口可以实现与上位机的高速数据传输，成本较低。
最后采用了第四种基于嵌入式ARM 微处理器的技术方案，用了μCOS-Ⅱ嵌入式实时操作系统。应用μCOS-Ⅱ进行应用软件开发，除了可以有效地提高数据采集模块的可靠性之外，也使程序的设计和扩展变得容易，使应用程序的设计过程大为简化，而且对实时性要求苛刻的事件都能得到快速、可靠地处理。从而提高系统的整体性能及抗干扰能力。
3 数据采集系统中用于频率检测的算法
频率是检验电力系统运行状态的重要参数, 系统负荷对频率的要求非常高，尤其是发电厂厂用负荷, 所以频率偏差必需控制在允许误差范围之内。一般而言,频率的测量大体上可分为三个步骤:信号预处理,测频算法和结果的再处理,其中测频算法是整个过程的核心。电力系统的频率测量有多种方法例如:小波变换法,三点法,正交去调制法,DFT(FFT)类算法等等,其中傅里叶变换法、小波变换法和三点法应用比较多。小波变换是对傅里叶变换的改进和发展,能较好的处理非平稳、突发的奇异信号,同时经过小波变换后的信号具有时频两域的信息。三点法原理简单、应用方便、计算量相对较小、频率跟踪性能强、受采样频率影响小,在非同步采样中可以应用。
3.1 小波变换
小波变换是一种时频特性良好的线性变换，在电网信号的分析中得到广泛发展，相比傅里叶变换等其他变换而言，小波变换能在时域中直接重构所需信号，故在基波提取和频率检测中具有较大优势[8]。但目前来看，相关研究还存在两点不足。（1）研究大多基于同步采样。同步采样中的采样频率必为基波频率的整数倍，所以研究者往往不对频率进行检测;另外，同步采样电路还存在开发成本高、锁频范围窄、有温漂和抗扰能力差等缺点，因此在电能质量、电力系统稳定性分析等精度要求较高而快速性要求略低的应用中，非同步采样的小波变换具有一定优势。（2) 非同步采样的研究 。