CN203191430U

CN203191430U - 一种基于dsp的多功能电力参数显示仪表

Info

Publication number: CN203191430U
Application number: CN 201320062664
Authority: CN
Inventors: 王海祥
Original assignee: Jinling Institute of Technology
Current assignee: Jinling Institute of Technology
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2023-02-04

Abstract

本实用新型公开了一种基于DSP的多功能电力参数显示仪表，包括：采样模块、DSP控制芯片、存储模块、人机接口模块和通信模块，采样模块将采集的数据传递给DSP控制芯片，并通过DSP控制芯片控制存储模块、人机接口模块和通信模块工作。本实用新型功能多样，可连通工程现场网络，便于通信；通过lcd进行现场显示各种电力参数，通过面板上的按钮选择显示的内容；采用flash存储器，用于存储历史数据及重要的参数，在掉电的情况下，也能保护好存储信息；采用DS1302芯片用于计时，用于对测量的电力参数进行计时标记。

Description

一种基于DSP的多功能电力参数显示仪表

技术领域

本实用新型涉及一种电力仪表，尤其涉及一种基于DSP的多功能电力参数显示仪表。

背景技术

现有的电力参数显示仪表通常存在精度及可靠性不高、数据处理速度差、显示电力参数方式单一等问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是现有的电力参数显示仪表通常存在精度及可靠性不高、数据处理速度差、显示电力参数方式单一。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种智能电力参数显示仪表，包括：采样模块，包括电压互感器、电流互感器、RC滤波电路、电压信号调理电路、电流电压变换电路以及AD转换电路；所述电压互感器的输出端连接RC滤波电路的输入端，RC滤波电路的输出端连接电压信号调理电路的输入端，电压信号调理电路的输出端连接AD转换电路；所述电流互感器的输出端连接RC滤波电路的输入端，RC滤波电路的输出端连接电流电压变换电路的输入端，电流电压变换电路的输出端连接AD转换电路；DSP控制芯片，其输入端连接采样模块的输出端；存储模块，包括SRAM芯片和flash存储器，所述SRAM芯片连接前述AD转换电路的输出端，用于存储AD转换电路转换后形成的数据，并对数据进行处理；所述flash存储器连接DSP控制芯片，用于存储程序；人机接口模块，与所述存储模块连接，包括键盘和LCD；通信模块，与所述存储模块连接，用于向远端监控机实时上传DSP芯片处理后的数据。

采样模块主要完成电压电流的采样、滤波、数值调理的功能；电压互感器采集电压信号后，经RC滤波电路滤波去除掉部分的干扰信号，再经电压信号调理电路放大后，将电压幅值按比例变换成AD芯片能接受的幅值，传输至AD转换电路进行信号转换；如果信号是电流信号，首先经由电流互感器采集电流信号，经RC滤波电路滤波去除掉部分的干扰信号，再经电流电压变换电路将电流转换成电压信号，然后再象电压信号那样经过调理电路转化成-5—+5V的电压，传输至AD转换电路进行信号转换。人机接口模块主要完成人机对话部分输入参数、输出信息，设置键盘和LCD，便于进行人机对话，用户可以根据实际情况调整定值，也可以根据需要选择要显示的参数。存储模块主要完成数据存储工作，比如重要的参数、故障前后的数据，因为数据量较大，DSP芯片内自带的存储器往往不能满足要求，需要外扩，考虑到电力***数据的重要性和可能发生停电的特殊情况，外扩的存储器采用flash存储器，flash具有固有不挥发性、易更新性、成本低、密度高、可靠性好等特点；通信模块主要用于与综合重合闸装置的配合，以及远程调试和远程显示。

为减小采样误差值，还设有测频电路，所述测频电路的输入端连接与电压互感器连接的RC滤波电路的输出端，测频电路的输出端连接存储模块的DSP芯片；所述测频电路包括双电压比较器、光耦、锁相环芯片以及计数器；电压比较器的输出端经光耦连接锁相环芯片的输入端，锁相环芯片的输出端连接计数器的输入端，所述计数器包括两个串联的计数电路，计数器的输出端连接锁相环芯片的BIN端。我国的电力***的额定频率为50Hz,但是现实的***的频率总是波动的,很多情况下由于负载比较重,实际频率小于额定值。如果按照固定的额定频率进行采样,就会出现误差.本实用新型采用硬件跟踪频率的方法,实时追踪频率变化。

为方便对测量的电力参数进行计时标记，还设有计时芯片，所述计时芯片与所述存储模块连接。

为实现同步采样，降低装置的工作功耗，所述AD转换电路采用AD7656芯片。本实用新型不采用DSP片内的AD模块，而是选择AD7656芯片作为采样的专用芯片，主要原因在于AD7656芯片可实现16位6通道同步采样，功耗低，而DSP芯片内的AD模块性能比AD7656模块差得多；从现场采集的电量信息经过滤波、信号调理电路进入到AD7656芯片内，经转化后存储在相应的寄存器中，访问相应地址就可以读出相应的数据。

所述电压信号调理电路包括电压跟随器、限幅二极管和运算放大器，所述电压跟随器的输入端连接RC滤波电路的输出端，输出端通过限幅二极管连接运算放大器的输入端，运算放大器的输出端连接AD转换电路。本实用新型采用的电压互感器为淄博同越公司的精密电流型电压互感器TYPT31C，输入输出电流都是2mA，其电压调理原理为：在二次侧首先经过一个RC滤波进行简单的滤波，再由LM124构成的电压跟随器增大输入电阻，LM124输出端连接限幅二极管，可防止幅值高过5V的电压穿越，最后，由运算放大器OPA227比例变换。

作为本实用新型的一种改进方案，所述DSP芯片采用TMS230F2812。

本实用新型的优点是：功能多样，可连通工程现场网络，便于通信；通过lcd进行现场显示各种电力参数，通过面板上的按钮选择显示的内容；采用flash存储器，用于存储历史数据及重要的参数，在掉电的情况下，也能保护好存储信息；采用DS1302芯片用于计时，用于对测量的电力参数进行计时标记。

附图说明

图1是本实用新型的模块图。

图2是本实用新型中采样模块与存储模块的电路连接示意图。

图3是本实用新型采样模块中电压调理的电路示意图。

图4是本实用新型采样模块中测频电路的电路示意图。

图5是本实用新型采样中断服务程序的流程图。

图6是本实用新型主程序的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括：

采样模块1，包括电压互感器1-1、电流互感器1-2、RC滤波电路1-3、电压信号调理电路1-4、电流电压变换电路1-5、 AD转换电路1-6以及测频电路1-7；所述电压互感器1-1的输出端连接RC滤波电路1-3的输入端，RC滤波电路1-3的输出端连接电压信号调理电路1-4的输入端，电压信号调理电路1-4的输出端连接AD转换电路1-6；所述电流互感器1-2的输出端连接RC滤波电路1-3的输入端，RC滤波电路1-3的输出端连接电流电压变换电路1-5的输入端，电流电压变换电路1-5的输出端连接AD转换电路1-6；所述测频电路1-7的输入端连接与电压互感器1-1连接的RC滤波电路1-3的输出端，测频电路1-7的输出端连接存储模块2。

DSP控制芯片，其输入端连接采样模块的输出端。

存储模块2，包括SRAM和flash存储器，所述SRAM芯片连接前述AD转换电路1-6的输出端，用于存储AD转换电路1-6转换后形成的数据，并对数据进行处理；所述flash存储器与DSP控制芯片连接，用于扩展DSP芯片的存储器空间，主要用于存储程序。

人机接口模块3，与所述存储模块2连接，包括键盘和LCD。

通信模块4，与所述存储模块2连接，用于向远端监控机实时上传DSP芯片处理后的数据。利用TMS230F2812串口SCIA经过现有的Max3490扩展成RS-485，在一定范围内，可以通过485进行串行通信，读写数据。

计时芯片5，所述计时芯片5与所述存储模块2连接。

如图2所示，前述AD转换电路采用AD7656芯片作为采样的专用芯片，DSP芯片则采用现有的TMS320F2812。

用DSP的管脚GPIOB1与AD7656芯片的CONVST A、CONVST B、CONVST C同时相连，控制所有通道进行同时采样，这样就保证了AD7656芯片的6个通道的数据是同一时刻的同步数据；用DSP的管脚GPIOB2连接AD芯片的BUSY脚，用来查询AD芯片是否转换结束；用DSP的XZCS2与AD7656芯片的CS相连，当软件访问到0x08 0000---0x10 0000存储空间时，会产生一个片选信号，选中AD7656芯片；用DSP的

Figure 2013200626641100002DEST_PATH_IMAGE002

与AD芯片的

Figure 2013200626641100002DEST_PATH_IMAGE004

相连，当AD7656启动转换后，在结束时会输出

Figure 2013200626641100002DEST_PATH_IMAGE006

信号，即当BUSY管脚出现下降沿时代表转换已经结束，AD内部的寄存器已经保存了转换好的数据，这时通过控制

Figure 2013200626641100002DEST_PATH_IMAGE008

和管脚信号可以通过D0—D15数据总线依次读出6通道的转换数值。

如图3所示，由于从现场采集的电压信号和电流信号是不能直接接到芯片上的，因此需要变换成AD芯片能够接受的-5V—+5V的电压信号。

本实用新型中，电流调理电路与电压调理电路的不同点是采用精密电流互感器，在二次侧的采样电阻为200Ω，调理部分的电路相同。

如图4所示，所述测频电路包括双电压比较器LM393N、光耦、锁相环芯片CD4046以及计数器74LS393；双电压比较器LM393N的输出端经光耦连接锁相环芯片CD4046的输入端，锁相环芯片CD4046的输出端连接计数器74LS393的输入端，所述计数器74LS393包括两个串联的计数电路，计数器74LS393的输出端连接锁相环芯片CD4046的BIN端。工作时，由双电压比较器LM393N进行过零检测，如果交流信号大于零，则输出为高电平；如果交流信号小于零，则输出为低电平；这样交流信号就变换成脉冲信号；光耦起到隔离模拟电路和数字电路的作用，经过光耦隔离后的信号输出至锁相环芯片CD4046，锁相环芯片CD4046输出VCOUT信号输出至计数器74LS393进行分频；因为希望每个周期进行256次采样，所以要对原来的信号进行256倍分频，计数器74LS393有两个计数电路，每个最多只能进行64分频，所以串联两个电路，从QD1处串联接入到CP2信号端，从QC2出来的信号就是256次倍频信号，此信号作为负反馈信接入到锁相环芯片CD4046的BIN端，这样，该信号就能够严格的与AIN端的信号进行同步，即与现场的交流信号同步，此信号作为前述存储模块中的TMS320F2812的CAP1端的输入信号使用，TMS320F2812根据该信号产生中断，在中断服务程序可进行电流、电压信号的采样。

如图5-6所示，本实用新型工作流程主要分成主程序和中断服务程序两部分；中断程序主要分成定时采样程序、串行通信中断服务程序和键盘中断服务程序，中断的优先级别可以在DSP内部的中断控制寄存器中进行设置。其中负责处理串行通信任务，采样中断服务程序主要功能是获得采样的离散数据，其工作过程描述如下：

进入中断服务程序后，首先关掉中断，再判断采样的次数K是否大于256，如果大于说明一个采样周期已经结束，这时将采样此时重新定为0，便于为下个采样周期做准备，同时将周期标志位置为1，这时主程序中的计算子程序可以计算相应的电流、电压等数值。如果采样次数不大于256，说明采样周期没有完成，这时从AD7656中读取数据，并将数据存储在存储器中，便于今后进行计算。最后将采样次数加1，打开中断，结束中断服务程序。

主程序主要任务是初始化、自检，故障选相逻辑判断，测距输出显示及报警。

其工作过程描述如下：

首先进行***初始化，如数组、变量定义，付初值。然后进行GPIO初始化，

再进行EVA管理器的初始化，接着设置中断控制字，打开中断，然后进行AD7656的初始化。然后进入到循环中，首先进行喂狗操作，喂狗是一个专有名词，指发脉冲个看门狗芯片，以防止重启。然后判断采样标志是否为1，即判断一个采样周期是否结束，如果没有结束，就返回，继续等待。如果标志位为1，则表示一个采样周期结束，这时利用数字滤波器将杂波滤除，然后利用傅立叶级数算法计算U、I，进而再计算电压波动、谐波等电力***主要电能参数。然后将数据送入LCD进行显示。然后设置远程通信参数，例如波特率，便于远方能够进行数据接收。所有这些工作做完后，将采样标志位设置为0，又重新进行一次新的采样周期，返回后等待新的采样中断的开始。

本实用新型能够实现的功能包括：测量电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、视在功率、频率、电压三相不平衡度、电流三相不平衡度、各相电压、电流谐波畸变率，各次谐波电压分量数值、电压波动与闪变。

本实用新型设有RS-485接口，能够通过485总线读写数据，可以连接工程现场网络，便于通信；通过lcd进行现场显示各种电力参数，通过面板上的按钮选择显示的内容；采用SST39VF800作为flash存储器，用于存储历史数据及重要的参数，在掉电的情况下，保护好这些信息；采用IS61LV25616AL作为RAM存储器，用于存储实时数据；采用DS1302芯片用于计时，用于对测量的电力参数进行计时标记。

Claims

1.一种基于DSP的多功能电力参数显示仪表，其特征是，包括：

采样模块，包括电压互感器、电流互感器、RC滤波电路、电压信号调理电路、电流电压变换电路以及AD转换电路；所述电压互感器的输出端连接RC滤波电路的输入端，RC滤波电路的输出端连接电压信号调理电路的输入端，电压信号调理电路的输出端连接AD转换电路；所述电流互感器的输出端连接RC滤波电路的输入端，RC滤波电路的输出端连接电流电压变换电路的输入端，电流电压变换电路的输出端连接AD转换电路；

DSP控制芯片，其输入端连接采样模块的输出端；

存储模块，包括SRAM芯片和flash存储器，所述SRAM芯片连接前述AD转换电路的输出端，用于存储AD转换电路转换后形成的数据，并对数据进行处理；所述flash存储器连接DSP控制芯片，用于存储程序；

人机接口模块，与所述存储模块连接，包括键盘和LCD；

通信模块，与所述存储模块连接，用于向远端监控机实时上传DSP芯片处理后的数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的多功能电力参数显示仪表，其特征是，还设有测频电路，所述测频电路的输入端连接与电压互感器连接的RC滤波电路的输出端，测频电路的输出端连接存储模块的DSP芯片；

所述测频电路包括电压比较器、光耦、锁相环芯片以及计数器；电压比较器的输出端经光耦连接锁相环芯片的输入端，锁相环芯片的输出端连接计数器的输入端，所述计数器包括两个串联的计数电路，计数器的输出端连接锁相环芯片的BIN端。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于DSP的多功能电力参数显示仪表，其特征是，还设有计时芯片，所述计时芯片与所述存储模块连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于DSP的多功能电力参数显示仪表，其特征是，所述AD转换电路采用AD7656芯片。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于DSP的多功能电力参数显示仪表，其特征是，所述电压信号调理电路包括电压跟随器、限幅二极管和运算放大器，所述电压跟随器的输入端连接RC滤波电路的输出端，输出端通过限幅二极管连接运算放大器的输入端，运算放大器的输出端连接AD转换电路。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于DSP的多功能电力参数显示仪表，其特征是，所述DSP芯片采用TMS230F2812。