基于雙DSP的電力系統(tǒng)諧波分析儀的設計_百度文庫

1、 應用設計：嵌入式系統(tǒng) 基于雙DSP的電力系統(tǒng)諧波分析儀的設計煙臺大學光電信息學院 王軍東 劉昌偉 馬金臣本文介紹了一種基于雙TM S320F 28335的電力系統(tǒng)諧波分析儀的設計方案, 該分析儀可同時實現(xiàn)多通道信號(電壓和電流的同步采樣，并對其進行諧波分析。借助強大的雙T M S320F28335平臺，實現(xiàn)了對信號的實時分析與顯示，具有實時性好，運算速度快，精度高，靈活性好，系統(tǒng)擴展能力強等優(yōu)點。系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)介紹1 系統(tǒng)方案由于本系統(tǒng)實時性要求較高且工作過程中有大量的數(shù)據(jù)傳輸和人機對話事件發(fā)生，而單個DS P資源有限，如果采用單個DS P處理數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將不能及時處理采樣數(shù)據(jù)并且可能會造成

2、部分數(shù)據(jù)丟失從而影響系統(tǒng)整體性能。為彌補這一缺點，本設計提出了采用DS P+ D R A M+DS P的雙處理器協(xié)同工作模式，一片DS P全權(quán)負責采集、捕獲工作，另一片負責數(shù)據(jù)處理和人機對話，這樣可實現(xiàn)不間斷、高速度、多端口的處理。針對通信雙方速度不匹配、信息交換實時性要求高、一次傳輸信息量大、數(shù)據(jù)傳送要求準確無誤等特點,綜合考慮通信的可靠性、實現(xiàn)的難易程度以及成本等諸多因素,采用雙口RA M通圖2 程控信號調(diào)理電路原理圖圖1 系統(tǒng)總體框圖過雙機中斷交互式協(xié)調(diào)工作的模式來實現(xiàn)多處理器之間的高速通信。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。模塊，由雙DS P控制A/D的采集和數(shù)據(jù)的傳輸，最后對采集的數(shù)據(jù)進行FF

3、 T等各種算法的處理從而獲得所需要的各種電網(wǎng)參數(shù)并且判斷電能質(zhì)量的優(yōu)劣；同時，在外部按鍵控制下，根據(jù)不同的命令相應的在液晶屏上實時顯示數(shù)據(jù)，從而達到實時監(jiān)控的目的。本電力系統(tǒng)諧波分析儀的硬件電路主要包含5個部分：信號轉(zhuǎn)換模塊、信號預處理模塊、雙T M S320F28335數(shù)字信號處理模塊、單色液晶屏模塊(CM320×240、鍵盤模塊。2 工作過程首先，通過傳感器把PT(電壓互感器、CT(電流互感器上的電壓、電流轉(zhuǎn)換成跟隨式的交流低壓，然后經(jīng)過兩級RC濾波器濾波后送入DS P片上A/D200912 應用設計：嵌入式系統(tǒng)1 信號轉(zhuǎn)換模塊信號轉(zhuǎn)換模塊主要包括互感器和程控信號調(diào)理部分?；ジ衅?/p>

4、采用高頻性能好的精密電壓互感器（KV50A/P和電流互感器（KT50A/P，相移小于45°，信號頻率在2kH z時衰減小于0.3ld B，完全可以滿足50次以下諧波的精確測量。程控信號調(diào)理部分利用TMS320F28335片上ADC的同步采樣方式，可以確保電壓與電流信號間沒有相對相移。由于雙極性模擬輸入信號不能直接輸入到DS P-L機片上A/D模塊,因此通過雙DS P模塊上DS P-L機的SP I總線以及GPIO口控制對輸入信號衰減/放大的比例，以滿足A/D模塊對輸入信號電平(03V的要求。A/D模塊輸入信號調(diào)理部分采用256抽頭的數(shù)字電位器A D5290和高速運算放大器AD8202組

5、成程控信號放大/衰減器，每個輸入通道的輸入特性為1M輸入阻抗+30pF。程控信號調(diào)理電路原理圖如圖2所示。2 信號預處理模塊信號預處理模塊主要包括四階低通濾波電路和同步方波變換電路。根據(jù)國家對諧波測量儀器的要求，A級儀器頻率測量范圍是02500Hz，故每周波每路采樣128點。根據(jù)工程經(jīng)驗，采用截止頻率為1500Hz的四階巴特沃斯低通濾波器，完全可以達到較好的濾波效果。同時為了提高測量精度，采用了自適應調(diào)整采樣間隔技術(shù)，即根據(jù)捕獲單元測量的頻率自動調(diào)整。本系統(tǒng)采用同步方波變換電路部分實現(xiàn)頻率的測量，同時為提高共模抑制比，同步方波變換電路采用開環(huán)方式實現(xiàn)電壓比較并將其輸入圖4 雙TM S320F2

6、8335 中藕糯 理模塊工作 斃蟯圖3 同步方波變換電路圖到同相端，同時在反相端輸入 +1.5V的比較電平，這樣在輸出端即引腳6處可得到占空比為50%的方波，其中電容C5起抑制高頻噪聲的作用。同步方波變換電路圖如圖3所示。中，當采集完一個周期時，向DSP-R機發(fā)中斷，該中斷執(zhí)行時間為T1。DS P-R機響應中斷后，完成軟件濾波算法和FF T算法，從而進行諧波分析，并將諧波數(shù)據(jù)顯示到LC D上，該中斷執(zhí)行時間為T2。DS P-L機從雙口命令區(qū)讀取R機鍵盤發(fā)出的命令并根據(jù)捕獲測頻結(jié)果自適應的調(diào)整采樣間隔，完成對AD采集的采樣控制和通過SP I接口完成對數(shù)字電位器AD5290的程控信號調(diào)理模塊的控制

7、，該中斷執(zhí)行時間為T3。4 單色液晶屏模塊C M320240是一種圖形點陣液晶顯3 雙TM S320F28335數(shù)字信號處理模塊雙28335-DSP模塊主要由兩片TI公司的C2000系列DSP-TMS320F28335和一片IDT公司IDT70V28(64K×16bit雙口RA M組成，兩片DS P分別為DS P-L 機和DS P-R機，通過雙口RA M采用雙機中斷交互式協(xié)調(diào)工作的模式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與傳輸。雙TM S320F28335數(shù)字信號處理模塊工作時序如圖4所示。示器，主要采用動態(tài)驅(qū)動原理，由行驅(qū)動控制器和列驅(qū)動控制器兩部分組成了320(列×240(行的全點陣液晶顯示

8、，此顯示器內(nèi)含了硬件字庫，編程模式簡介方便。該液晶模塊的讀寫周期周期最小為800n s。如果采用總線方式控制液晶模塊，TMS320F2812讀、寫周期最大值為200n s，不能滿足該液晶模塊的要求，故采用間接的控制方式。為節(jié)約硬件成本，本系統(tǒng)選用通用GP I O來控制液晶屏的讀寫信號。5 鍵盤模塊為滿足實時性要求，本系統(tǒng)采用按鍵中斷方式完成人機交互功能。鍵盤有六個獨立的按鍵組成，當任一按鍵按下時，IN T13引腳的輸入出現(xiàn)低電平跳變（IN T13設置為下降延觸發(fā)）觸發(fā)DS P 外部中斷，CPU響應中斷后在中斷服務子程序中讀取鍵盤狀態(tài)，并執(zhí)行相應的操作。6個按鍵分別為A相電壓、B相電雙機中斷交互

9、式協(xié)調(diào)工作的具體步驟如下：DS P-L機工作周期由定時器1中斷產(chǎn)生，工作周期為T4。在每個周期開始時進行電壓、電流采集，并把采集數(shù)據(jù)按照乒乓緩存結(jié)構(gòu)不斷寫到雙口RAM年12月 應用設計：嵌入式系統(tǒng) 壓、C相電壓、A相電流、B相電流、C相電流。程序。系統(tǒng)雙機工作流程圖如圖5所示。1 數(shù)據(jù)處理算法本系統(tǒng)主要用到以下算法：低通系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)上電后按照選定的模式自舉加載程序，跳轉(zhuǎn)到主程序入口，進行相關(guān)變量、數(shù)據(jù)乒乓緩沖區(qū)、命令區(qū)、控制寄存器初始化，并使能XINTF和A/D定時采樣中斷。定時中斷產(chǎn)生后，DS P-L 機內(nèi)部A/D開始對6組傳感器信號進行采樣，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存到乒乓緩沖區(qū)，然后通過中斷交互

10、式協(xié)調(diào)工作模式將結(jié)果傳送至DSP-R機，DSP-R機調(diào)用FFT程序?qū)@些數(shù)據(jù)進行處理將結(jié)果實時傳到LCD顯示。主要包括3部分內(nèi)容：數(shù)據(jù)處理算法、鍵盤中斷子程序，顯示處理子結(jié)束語本文介紹了一種電力系統(tǒng)諧波分析儀，采用了DSP+DRAM+DSP的雙處理器協(xié)同工作結(jié)構(gòu)，通過雙機中斷交互式協(xié)調(diào)工作的模式快速的進行雙機通信，圖6 鍵盤中斷子程序流程圖各相頻率值與諧波波形的顯示。實驗結(jié)果本系統(tǒng)采樣頻率為fs6400Hz，捕獲單元測頻結(jié)果和FF T算法得到各次諧波的幅值分別如表1和表2所示。濾波處理算法;捕獲單元高精度測頻算法;自適應調(diào)整采樣間隔技術(shù);FF T 算法的諧波分析。具體算法及代碼請參閱今日電子網(wǎng)站本文章完整版。2 鍵盤中斷子程序為滿足系統(tǒng)實時性要求，完成鍵盤操作的實時響應，本系統(tǒng)采用外部中斷方式對鍵盤掃描，完成命令形成與標志位設置功能。鍵盤中斷子程序流程圖如圖6所示。誤差分析經(jīng)過分析以上各參數(shù)可看出：當頻率是50Hz左右時，最大誤差不超過0.01H z，諧波分析的19次諧波呈波次越高幅度越小的趨勢,并且所得各次諧波幅度比較符合實際情況。由于本系統(tǒng)采用了自適應調(diào)整采樣間隔技術(shù)來實現(xiàn)同步采樣，所以保證了參數(shù)的測量精度?？蓾M足高速數(shù)據(jù)采集與傳輸