智能用电监控、保护系统创意进度帖+采样算法篇

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智能用电监控、保护系统创意进度帖+采样算法篇 [复制链接]

在“智能用电监控、保护系统创意进度帖+ 方案论证”里面我已经讨论过了关于AD通道是否够用？采样、计算速度的问题？
         RL78/G14开发板选用芯片R5F104LE(64脚)，16位单片机，32 MHz高速片上振荡器，支持乘法/除法/乘法累加和运算指令。智能用电监控、保护系统共12路AD通道（10位）。考虑到设备只做粗略保护，故12路(实际方案中共用到8路，电压1路+总电流1路+支路电流6路)10位AD完全够用。无需外扩AD，大大降低了成本。采样、计算速度一方面和芯片、晶振有关，另一方面和使用采样算法有关，由于只计算有效值，只需均方根法即可。改方法简单，大大减少了计算时间。

均方根（rms）指的是有效电压或电流的一种最普遍的数学计算方法。如其字面意思“将N个项的平方和除以N后开平方的结果，即均方根的结果”。


1、N指的是什么？
N指的是一个周波内的总采样次数。均方根法中对采样次数没有要求(FFT中采样次数必须是2的N次方)。采样点数越多，计算结果精度越高，同样计算时间越多，我们一般根据单片机的采样速度及处理数据速度选择一个最佳采样点数，在保证精度和花费最少计算时间上取个最佳点。在智能用电监控、保护系统中每周波采样32点，即N= 32。
2、这N个点是如何采样的？
将一个周波等分N份采样。国内交流电力标准周期20ms(50Hz),即相邻两个采样点间隔20ms/32 =0.625ms.在智能用电监控、保护系统中，因为国内电网频率都在50HZ左右，变化不大，故没有做频率跟踪，在频率变化不大的情况下对采样计算结果影响不大。
3、在智能用电监控、保护系统中，是如何采样的？效果如何？
在智能用电监控、保护系统中共用到8路采样(电压1路+总电流1路+支路电流6路)。即每个周波采样32点。8路信号每周波(20ms)共采样32*8=256点。采样间隔20/256= 78.125us。8路AD通道循环采样。经实际测量，计算精度能达到设计要求。测量这一部分，我下周抽时间可以录个视频传上来。可供大家参考、验证。
4、均方根法优点？缺点？
与FFT相比较，优点是计算简单，算法简单，使用的RAM少；缺点是只能计算有效值。

之前在“C2000 DIY”时曾写过“【C2000 LaunchPad】单相交流电压+电流表__算法篇”，本篇可作为前一篇的姊妹篇，可供大家比较参考。前一篇主要介绍FFT的介绍。见https://bbs.eeworld.com.cn/thread-372320-1-1.html。本篇主要介绍均方根法。