隨著電力系統及其自動化的發展，越來越多的電力系統設備需要采用實時監控以及數據采集，從而保證電力系統設備可以安全、可靠地運行。因此，對電力監控與數據采集系統的研究，具有重要的現實意義。　　

　　本文設計了一種電力監控與數據采集系統，該系統采用USB接口作為通信方式，同時利用AD9238完成電力監控與數據采集，采集后的數據直接送到FPGA中。其中USB接口直接與FPGA相連，采集后的數據既可以暫存到FPGA中，也可直接經過USB接口發送到PC中，同時對于采集后的數據也可以在FPGA內部做相應的預處理后上報給PC機。因此，該電力監控與數據采集系統具有更廣泛的適用性。

　　1 電力監控與數據采集系統總體設計

　　電力監控與數據采集系統總體設計框圖如圖1所示，主要包括信號調理電路、A／D轉換器電路、FPGA及其外圍電路、USB接口以及電源電路等。

　　其中信號調理電路主要完成模擬信號的預處理，即經過信號的調理使輸入模擬信號滿足A／D轉換器輸入信號要求，包括了輸入信號電壓范圍以及單端或是差分輸入形式等；A／D轉換器電路將調理后的模擬信號變為數字信號，其中A／D轉換器的采樣速率和分辨率的選擇可針對不同系統需求選擇合適的性能指標，設計中采用的AD9238采樣速率為40 Msample·s-1，分辨率為12 bit；FPGA及外圍電路主要將采集后的數字信號進行存儲或相應的預處理，由于其具有可編程的特點，使得該部分的處理功能具有更好的靈活性；為獲得較高的傳輸率，本設計利用USB接口電路將采集后的數據上報給PC機；電源模塊主要完成電壓轉換功能。

　　2 系統各組成電路設計

　　2．1 信號調理電路

　　信號調理部分主要針對A／D轉換器性能要求而設計，包括模擬信號輸入電壓、信號輸入形式等。由于本設計中A／D轉換器需要差分信號輸入，因此信號調理部分需要采用單端轉差分器件，該器件采用Mini—Circuits生產的ADT1—1。

　　2．2 A／D轉換器電路

　　A／D轉換器電路采用ADI公司生產的AD9238，該器件是一款雙通道、12bit、20／40／65 Msample·s-1模數轉換器，采樣率選擇40Msa-mple·s-1。該器件采用差分輸入形式，模擬輸入范圍Vp-p=1～2 V。

　　2．3 FPGA及外圍電路

　　FPGA(Programmable Gate Array)是現場可編程陣列的簡稱。FPGA器件是一種由用戶根據所設計數字電路系統的要求，在現場自行配置、定義的高密度專用數字集成電路。它具有小型化、低功耗、可編程、數字化和快速、方便、實用的特點。系統采用Cyclone系列FPGA，其內部資源較多，可滿足系統中的存儲與預處理之用。

　　2．4 USB接口電路

　　設計中USB接口電路采用了CY7C68013芯片，該芯片是Cypress公司USB2．0的集成微控制器，如圖2所示。該芯片內部具有增強型8051內核，其標準與8051兼容。同時，內部集成了1個USB數據收發器、3個8位I／O口、1個智能USB串行接口引擎、16位地址線、4kB BFIFO等。

　　2．5 電源模塊電路

　　系統電源采用5 V供電，FPGA以及A／D轉換器等器件需要采用3．3 V供電，因此需要采用電源模塊實現5～3．3 V的電壓轉換。設計中電源模塊采用LT1764-3．3，該芯片可以提供1 A的供電電流，可以滿足系統需求。

　　3 結束語

　　電力監控與數據采集系統是現代電力系統自動化體系中必不可少的設備，它可以對電力系統運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量以及各類信號報警等各項功能。設計的電力監控與數據采集系統采用USB接口，提高了數據傳輸率，同時FPGA的采用使數據存儲與預處理更加方便、靈活，因此該設計在電力系統中具有較強的適用性。