基于FPGA的三相相位继电器的设计与实现开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

在电子技术中，相位是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，它的测量就显得更为重要。在我们的日常生活中，相位的测量无处不在。调节收音机上的频率旋钮可以使你选听到你所喜欢的电台节目；调节电视机上的微调按钮可以使电视机对准电视台的广播频率，获得图像清晰的收看效果，这已成为人们的日常生活常识。在现代高科技中，相位的测量更是显得尤为重要。例如，邮电通信、大地测量，地震预报，人造卫星、宇宙飞船、航天飞机的导航定位控制都与频率和相位息息相关，只是其精密度和准确度比人们日常生活中的要求要高得多罢了。随着信息产业的迅猛发展，对信号进行高效快速的分析从而得到有力信息是当今科技发展的必要手段。

本次设计是要测量三相交流电各相之间的相位差来控制继电器的通断。多个同频正弦信号的相位检测和数据判别技术在电力系统自动控制、通信、电子等多种领域都有着广泛的应用。例如在电力系统中，当电网合闸时，要求两电网信号的相位必须相同，如果信号相位不同，将会在电网中产生很大的冲击电流，造成严重事故。传统常用的相位差测量方法是首先利用整形电路将输入的两路同频的正弦交流信号转换为方波信号，然后通过单片机技术和逻辑电路，对两路方波信号的相位差区段进行计数和数学转换，从而求得相位差数据。这种方法的缺点是测量精度不够高、硬件电路结构复杂、抗干扰能力差等，而且谐波信号对相位检测的影响也不能很好的消除。随着数字电子技术在实际生产应用中的发展，由数字逻辑电路组成的控制系统已经逐渐成为现代测量、检测技术中的主要方法。现场可编程门阵列器件（FPGA）既继承了ASIC的大规模、高集成度、可靠性强的优点，又克服了普通ASIC设计周期长、成本高、灵活性差的缺点。它可以实时的对外加或者内置的RAM或EPROM编程，实时地改变器件功能，实现现场可编程或在线重配置，减小了系统体积，增强了逻辑设计的灵活性，提高了系统的处理速度和可靠性，缩短了设计周期，降低了设计成本，系统性能也得到大幅提升。利用FPGA采集两信号相位差和频率数据，可以充分发挥FPGA的速度和结构优势，测量速度快，测量精度高。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容和目标：1.学习掌握FPGA芯片的使用方法以及开发平台的使用；2.学习利用FPGA芯片测量交流信号的周期和信号间的相位差；3.学习三相交流电信号的相位测量的方法；4.实现基于FPGA的三相相位继电器；（5）按要求编写毕业论文。

技术方案及措施： 对于本次设计，我拟采用的设计方案主要包含下图所示的几个模块。其中FPGA主要负责采集采样信号对两个同频的正弦波信号的频率和相位差所对应的时间差的计数值，然后由此计数值换算出相位差值。因为FPGA对脉冲信号比较敏感，而两路被测的三相交流电信号是频率相同、相位不同的正弦波信号，为了能更准确的测出所需数据，需要对所输入的信号进行整形，使其成为方波信号，然后再输入到FPGA中进行处理。经过FPGA测量出相位差后，我们可以根据设定的精度标准，输出高低电平来控制继电器的通断。

3. 研究计划与安排

第1-第2周：了解设计的的内容，查阅相关资料；

第3-第4周：确定设计方案，提交开题报告；

第5-第9周：实施毕业设计，完成软硬件的设计；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]张松,李筠. fpga的模块化设计方法[j]. 电子测量与仪器学报,2014,05:560-565.

[2]杨海钢,孙嘉斌,王慰. fpga器件设计技术发展综述[j]. 电子与信息学报,2010,03:714-727.

[3]汪明. 基于eda技术的fpga应用研究[j]. 通讯世界,2015,15:221.