基于PC104测控计算机的频率测量系统设计.doc
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1、基于PC104测控计算机的频率测量系统设计提出并研制了一种高可靠性、高精度、使用简单且便于维护的频率测量系统,该系统用于电力电子测量领域。其硬件系统以嵌入式PC104计算机为测控平台,软件系统以LabWindows/CVI为开发平台,采用测周期法,依据频率大小选用不同的基准频率。经实际测试证实,该设计满足精度和实时性的要求,检测效率高,便于操作与维护。该系统亦可用于其他要求高精度频率测量的领域中。1 引言频率是电力电子系统中1个基本的物理量,其测量问题在工程应用中非常重要。通常的测量方案是选用单片机或可编程逻辑器件。然而,在某些特殊场合,工作环境恶劣,要求测量精度高、可靠性强,使用常规的方案难
2、以达到要求,或成本过高。本文提出了一种基于PC104测控计算机的频率测量系统,依据初步测试得到的待测频率大小选用不同的基准频率,测量精度达到0.2%,且实现了同时测量多路信号的频率。2 总体设计交变信号的频率是指单位时间内信号周期性变化的次数,即发fx =N/t,可见测量fx须将N或t作为基准,对另一个量进行测量1。基本的测量频率方法有两种:一种是测频法,由测量电路给出标准闸门信号t =Tr,测出待测信号在一定的时间间隔Tr内重复变化次数N, 得被测信号的频率为;另一种方法是测周期法,由测量电路提供标准频率信号fr,以被测信号的周期作为闸门,测出在一个被测信号周期内标准信号fr的个数N,得到被
3、测信号的频率为。两种方法均存在计数器的1量化误差,测频法的相对误差,测周期法的相对误差。前者fx位于分母,其值越大误差越小,因此对于高频信号有较高的精度,而后者fx位于分子,值越小误差越小,对低频信号的测量精度较高。本文以测周期法为原理,提出的测频方案如图1所示。以PC104测控计算机为硬件平台,设计调理模块对信号进行调理,通过PC104总线输入到操作系统平台上,由数据处理算法进行处理,并在液晶显示器上显示。图1 测频方案示意图3 硬件设计本文以PC104测控计算机为硬件平台,选用的功能模块有DMM-32X-AT、OMM-XT和GPIO-MM-XT,可以实现多路频率信号的同时测量。PC104与
4、标准台式PC(PC/AT)体系结构完全兼容,并且具有结构紧凑,体积小,功耗低,使用温度范围宽(-4585),可靠性高(单个模块MTBF20万h),抗恶劣环境,坚固耐用等优点,从而保证了产品的生命周期2-3。图2 传统的周期法测频原理框图对多路待测频率信号进行分类,将存在先后测试顺序的频率信号共用一组检测电路进行调理,利用多路开关实现信号之间的切换。在测量过程中,实际输入信号存在不确定性及抖动等问题,为了提高测量精度,首先对待测信号进行预处理,通过滤波器滤去高频干扰和低频漂移信号,接着进行线性放大,再经过零比较器整形为矩形波信号,最后通过双稳态电路输入PC104功能模块卡。传统的测量周期原理框图
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