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基于TMS320F206的电网数据处理板设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了基于DSP芯片TMS320F206的电网采样处理板的软、硬件设计方法,对硬件各模块电路的工作原理作了重点的讨论,同时给出了该电网数据处理板的主程序和中断处理程序流程图。

    关键词:TMS320F206;MAX125;16C552

1 引言

随着电力系统新型负荷及非线性负荷的大量增加,电力系统的电压和电流波形会发生严重畸变,从而给电力系统带来很大的“电网污染”。特别是用户内部短路以及开关操作、变压器或电容器组投切时的短时中断均会引起暂态、瞬时过电压以及电压凹陷、凸起或短时供电中断等电能质量扰动问题。同时电网系统中的谐波成份也越来越复杂,严重的电力“污染”对某些行业(如医院的精密仪器、微计算机系统以及智能电子、工业过程控制中的微处理器等)构成了巨大的威胁,甚至造成“瀑布”式的连锁反映,从而引发电网崩溃的事件。所以,电力系统中电网数据的精确采集、故障判断、数据处理已成为电网正确运行的焦点。
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    现有的电网质量分析板受器件和分析方法的限制,大多对系统中的暂态、短时扰动信息难以快速、准确地捕捉。随着高速数字信号处理DSP技术的发展及其制造成本的降低,DSP技术在电力系统的各个研究领域得到了广泛的应用。表1是DSP方式与传统芯片处理方式的能力对比,从中可以看出DSP用作处理器的优势。

表1 DSP与传统芯片处理能力对比表

CPU系统 采样通道数 DFT计算时间 采样时间/(μs) 采样结果精度(%) TMS320F206晶振:10MHz 40 整型30点28μs 24 0.2 80C196晶振:12MHz 16 整型12点1500μs 160 0.5 80C51晶振:12MHz 8 整型12点1500μs 60 0.5

2 基于TMS320F206的硬件设计

基于DSP处理板的主体设计思想是采用DSP芯片TMS320F206构成数字处理系统,并以下位机为主体实现实时采样、数据处理、分析和短时储存,然后与上位机进行数据通讯,以及利用远程计算机进行展示和数据库存储管理等。具体操作如下:

(1)用处理板测量并计算三相电流、电压的有效值、有功功率、无功功率以及功率因数;对40Hz~2MHz频率输入信号进行测频采样;

(2)对数据进行处理,分析查错,给出报警类别,并给出开关量输出信号以便进行开合闸操作;

图2

    (3)对电压、电流的l~63次谐波进行分析,给出幅度、相位以及三相电压、电流的总畸变率;

(4)通过16C552芯片UART扩展2个RS-232和一个RS-485接口以便与上位机进行数据交换,同时扩展一并行口以与打印机相连;

(5)用看门狗进行刷新、复位并实时检测系统;基于TMS320F206的电网数据处理板设计

该处理板的主控芯片选用定点DSP芯片TMS320F206。系统的硬件功能框图如图1所示。

该电网采样数据处理板的功能是在数字信号处理芯片TMS320F206的控制下完成的。数据采样模块采用的3片高速14位A/D芯片MAX125在工作时外接与16C552公用的16MHz时钟,因其并行接口数据访问和总线释放的时间特性与DSP的特性兼容,因此,其转换结果可由DSP不加等待状态而直接读取。3片MAX125在此用12路进行同步采样不用的通道为防干扰应接地。电压、电流等模拟量通过变压器转换成-5V~+5V的电压,并在滤波后接入MAX125,转换开始信号由DSP的引脚TOUT提供给3片MAX125的CONVST引脚,并在上升沿启动采样,片内的时序发生器可控制指定的通道以使其按顺序进行转换,并将结果存储在片内14Bit×4的RAM中,转换结束后,每片MAX125的INT引脚变低3片通过CPLD或门输出给

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