CN201689133U - 电能质量监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电能质量监测装置。解决了现有技术中使用定点DSP作为处理内核，需要时刻关注溢出的发生，耗费了大量的程序空间和执行时间的缺点，包括核心处理元件DSP芯片TMS320F28335、采样电路和数据存储交换电路，DSP芯片连接有A/D转换模块，A/D转换模块连接有模拟电路模块，DSP芯片连接有外部RAM，DSP芯片通过双端口RAM连接有MCU模块行程双CPU构架，MCU模块采用单片机C8051F340作为核心元件。采用浮点DSP作为处理内核，动态范围大，计算精度高，总线宽，并可由MCU市县LCD显示、实时时钟、电表功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种监测装置，尤其是一种电能质量监测装置。
背景技术
一个理想的电力系统应以恒定的频率（50HZ）和正弦的波形，按规定的电压水平对用户供电。由于系统各文件（发电机、变压器、线路等）参数并不是理想线性或对称的，加上调控手段的不完善、负荷性质各异且其变化的随机性以及运行操作、各种故障等原因，这种理想状态在实际当中并不存在，因此产生了电能质量的概念。电能质量与一般产品质量不同，对于不同的供（或用）电点在不同的供（或用）电时刻，电能质量指标往往是不同，也就是说，电能质量在空间上和时间上均处于动态变化之中，说明电能质量指标宜用概率统计结果来衡量，并且需指明监测点，同时也说明为了更好了解电能质量状况，应采取长时间监测的方法了解。 恶劣的电能质量对电力系统运行和用电设备运行有危害，有的危害而且是破坏性，随着我国经济的发展，越来越多高新技术产业在中国产生，大家对供电质量越来越重视，因此提高供电质量是非常重要的，国家也制定了相应标准和电力法，确保电能质量。
电能质量问题随着现代信息技术，计算机技术和电子技术的发展，越来越引起用户和供电部门的重视，先进的网络技术应用大大提高了监测水平。建立实用、先进、可靠的电能质量监测网络，为及时分析和反映电网的电能质量水平，找出电网中影响电能质量的原因，采取相应的措施，对电网的安全、稳定、经济运行具有重要意义。
传统的电能质量分析仪大多采用定点DSP作为处理内核，定点DSP处理数据时需要时刻关注溢出的发生，耗费了大量的程序空间和执行时间。
中国专利局于2010年1月13日公开了一份CN101625383A号文献，名称为电能质量在线监测装置，包含当前最先进的两款芯片：DSP芯片TMS320F28335和ARM芯片AT91RM9200，同时还集成了信号调理、AD采样、GPS时间同步、SPI通讯、LCD液晶显示、SD卡数据存储、上位机显示、以太网网络通讯、RS485通讯。
发明内容
本实用新型解决了现有技术中使用定带你DSP作为处理内核，需要时刻关注溢出的发生，耗费了大量的程序空间和执行时间的缺点，提供一种采用浮点DSP作为处理内核，动态范围大，计算精度高，硬件资源丰富的电能质量监测装置。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种电能质量监测装置，包括核心处理元件DSP芯片TMS320F28335、采样电路和数据存储交换电路，其特征在于DSP芯片连接有A/D转换模块，A/D转换模块连接有模拟电路模块，DSP芯片连接有外部RAM，DSP芯片通过双端口RAM连接有MCU模块行程双CPU构架，MCU模块采用单片机C8051F340作为核心元件。TMS320F28335浮点控制器与 TI 前代领先数字信号控制器相比，性能平均提高 50%，并与定点C28x控制器软件兼容。它内部有256K*16-bit FLASH，可存放用户程序，无需外接程序存储器。但其片内只有34K*16-bit SRAM，不能满足系统数据储存要求，并且DSP在仿真时需要将程序下载到外部RAM中运行，所以外接了外部RAM；模拟电路模块将电网中的电力信号转化为ADC的输入信号，送到A/D转换模块进行同步采样。转换后的采样数据送到DSP进行分析处理，具体包括电力参数的测量、谐波分析等工作，以及原始数据的储存和相关需要的通讯，然后DSP把相应的计算数据和MCU的数据进行交换，最终实现电能质量监测。
作为优选，DSP芯片还连接有存储模块、通讯模块及JTAG接口。考虑项目的可移动存储的需求，装置皆有存储模块，需要对DSP采集到的原始数据进行保存，系统采用高速的SPI接口与PB375A芯片连接，外部接口支持U盘读写的USB接口，以及SD卡接口，方便系统灵活采用存储设备。
作为优选，所述的通讯模块采用RS232及RS485，A/D转换模块包括两片ADS8364芯片，ADS8364芯片连接一个译码器芯片。根据设计要求，系统需要达到8路200KHz频率的数据采样，故装置中选用了两片ADS8364 芯片，ADS8364的最大工作频率可达5MHz，采样/转换可在20个转换时钟周期内完成。ADS8364的六个通道可以同时进行采样/转换，吞吐率最大可达250ksps。
作为优选，MCU模块包括LCD显示电路、按键模块电路、EEPROM电路和实时时钟电路。MCU模块主要用于设定参数、显示电能质量检测结果和人机对话；液晶显示器（LCD）具有轻薄、体积小、低耗电量等特点，在嵌入式系统，特别是一些低功耗系统中运用得越来越广泛，通过LCD显示电路显示电能质量检测结果以及其他设置与参数；电能质量监测装置，作为一个数据采集、数据分析、数据记录，需要提供给界面上的时钟显示，更在数据储存时需要记录数据的采集时刻，因此非常需要一个实时时钟电路。
作为优选，按键模块电路具有18个按键，采用3X6矩阵键盘。实现18个按键功能的输入，系统中所需要的按键数量较多，采用3X6矩阵键盘可以减少I/O的占用。
作为优选，实时时钟电路包括DS1302主芯片，主芯片采用双电源供电，分别为主电源和备用电源。设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。
作为优选，模拟电路模块包括模拟电路、连接模拟电路的电流/电压输入电路和AD采集模块。
本实用新型的有益效果是：采用浮点DSP作为处理内核，动态范围大，计算精度高，总线宽，并可由MCU市县LCD显示、实时时钟、电表功能。
附图说明
图1是本实用新型一种原理示意图；
图2是本实用新型一种ADS8346芯片的程序流程图；
图3是本实用新型一种矩阵键盘电路示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式并结构附图对本实用新型做进一步说明。
实施例：一种电能质量监测装置（参见附图1），包括浮点DSP芯片TMS320F28335、IDT7134双端口RAM、MCU模块。模拟电路通过多路AD转换电路输入到TMS320F28335，TMS320F28335与通讯模块进行双向数据传输，通讯模块包括RS232、RS485、通过USB接口连接的U盘/SD卡存储模块，TMS320F28335连接有外部RAM和JTAG接口，TMS320F28335连接有译码电路。
IDT7134双端口RAM连接TMS320F28335和MCU模块。MCU模块包括C8051F340单片机，C8051F340单片机连接LCD人机界面、JTAG接口、按键、译码电路、实时时钟电路和EEPROM，本装置采用主电源和备用电源供电的双电源模式。
TMS320F28335具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多达18路的PWM输出，其中有6路为TI特有的更高精度的PWM输出(HRPWM)，12位16通道ADC。C8051F340是完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有高达48 MI／s速率、流水线结构的8051兼容微控制器内核：全速、非侵入式的在线调试接口；带有8个灵活的端点通道，具有收发器和1 KB FIFO RAM的USB功能控制器；电源稳压器；带有模拟多路器的10位200 KS／s的单端／差分ADC；精确校准的12 MHz内部振荡器和4倍时钟乘法器；多达64 KB的片内Flash存储器；4 352字节片内RAM；具有5个捕捉／比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器／定时器阵列；3．3 V工作电压，功耗低且带有片内上电复位、VDD监视器和时钟丢失检测器；容许5 V输入的多达40个I／O端口，很好得满足了系统的要求。
在DSP软件中主要包括两大部分：其一，初始化和数据采集部分。这部分的软件有DSP初始化、AD初始化、数据采集、数据通讯以及数据存储等。其二，数据处理部分，主要为电能质量分析算法。本文主要讨论电能质量分析仪的硬件设计以及底层软件开发，对算法部分不做具体讲解。故本文中包括DSP软件以下几个程序模块：DSP各模块初始化程序（SCI、GPIO、外部中断、EMIF等）、AD数据采集程序设计、U盘/SD卡存储模块程序设计。DSP片上外设的初始化主要包括SCI模块，用于RS232以及RS485通讯；GPIO模块；EMIF模块，用于RAM外扩以及双端口RAM；PWM模块；外部中断；SPI模块初始化等。SCI模块，设置SCIB用于RS485通讯，SCIA用于RS232通讯，初始化波特率均为9600 bps，数据位为8位，1位停止位，无校验位和流控制位。EMIF模块初始化位16位总线模式，用于系统读取外扩RAM以及双端口RAM。PWM设置为占空比为50%的方波，频率为5M,用于产生时钟提供给ADS8364。外部中断，设置为下降沿有效，用于AD转换完成后中断程序里进行数据读取以及下次AD转换的启动。SPI模块初始化，设置为8位模式，波特率为200K，用于对U盘/SD卡读取芯片的操作。根据系统的硬件设计，AD数据采集程序主要包括AD初始化、AD启动、AD数据读取等操作。其中AD初始化主要完成触发ADS8364的复位引脚RST可以确保读指针指向第一个数据位置。作为TMS320F28335初始化的一部分，由TMS320F28335的通用输入输出口提供给ADS8364的引脚RST。当系统时钟稳定后，被触发为低电平，从而确保了从ADC输出的数据对应于通道A0、A1、B0、B1、C0、C1的排列。之后通过DSP的PWM模块提供4M的时钟给ADS8364提供工作时钟（参见附图2）。
对于每一个转换通道，EOC均是低电平信号。ADS8364可为TMS320F28335提供三个脉冲。每个脉冲信号表明一个转换的结束。当ADC的这三个引脚同时置低时，三个通道被认为有效并同时进行转换。另外,EOC引脚也可被连接到TMS320F28335的一个中断引脚，以触发一个读周期。
ADS8364的片选CS是一个有源低电平输入信号。当CS为高时，并行输出引脚处于高阻态。当CS为低时，并行数据线反映了输出缓冲器的当前状态。为了正确地从ADS8364的并行数据总线上读取数据，ADS8364必须被片选CS选中后才能进行读操作。
ADS8364的读（RD）信号端也是有源低电平信号。当CS为低时，在读信号（RD）的下降沿，ADS8364 中寄存器的内容将被更新。这意味着在每个读序列之前，RD信号必须被触发，这样才能更新输出缓冲器。通过TMS320F28335的中断子程序将ADS8364的RD引脚置低可以读取AD转换后的数据，之后可再将RD引脚置高。
3X6矩阵键盘（参见附图3）列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O作为输出端，而列线所接的I/O作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。
Claims (7)
1.一种电能质量监测装置，包括核心处理元件DSP芯片TMS320F28335、采样电路和数据存储交换电路，其特征在于DSP芯片连接有A/D转换模块，A/D转换模块连接有模拟电路模块，DSP芯片连接有外部RAM，DSP芯片通过双端口RAM连接有MCU模块行程双CPU构架，MCU模块采用单片机C8051F340作为核心元件。
2.根据权利要求1所述的电能质量监测装置，其特征在于DSP芯片还连接有存储模块、通讯模块及JTAG接口。
3.根据权利要求2所述的电能质量监测装置，其特征在于所述的通讯模块采用RS232及RS485，A/D转换模块包括两片ADS8364芯片，ADS8364芯片连接一个译码器芯片。
4.根据权利要求1或2或3所述的电能质量监测装置，其特征在于MCU模块包括LCD显示电路、按键模块电路、EEPROM电路和实时时钟电路。
5.根据权利要求4所述的电能质量监测装置，其特征在于按键模块电路具有18个按键，采用3X6矩阵键盘。
6.根据权利要求4所述的电能质量监测装置，其特征在于实时时钟电路包括DS1302主芯片，主芯片采用双电源供电，分别为主电源和备用电源。
7.根据权利要求1所述的电能质量监测装置，其特征在于模拟电路模块包括模拟电路、连接模拟电路的电流/电压输入电路和AD采集模块。
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| CN102645913A (zh) * | 2011-02-22 | 2012-08-22 | 苏州阿纳克斯爱酷达电子有限公司 | 一种用于城市轨道交通系统的中央控制系统 |
| CN103034149A (zh) * | 2012-11-28 | 2013-04-10 | 河南科技大学 | 一种转盘控制系统及其控制方法 |
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