專利名稱：電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種監(jiān)測裝置，尤其是一種電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
一個理想的電力系統(tǒng)應(yīng)以恒定的頻率(50HZ)和正弦的波形，按規(guī)定的電壓水平對 用戶供電。由于系統(tǒng)各文件(發(fā)電機、變壓器、線路等)參數(shù)并不是理想線性或?qū)ΨQ的，加上 調(diào)控手段的不完善、負(fù)荷性質(zhì)各異且其變化的隨機性以及運行操作、各種故障等原因，這種 理想狀態(tài)在實際當(dāng)中并不存在，因此產(chǎn)生了電能質(zhì)量的概念。電能質(zhì)量與一般產(chǎn)品質(zhì)量不 同，對于不同的供(或用)電點在不同的供(或用)電時刻，電能質(zhì)量指標(biāo)往往是不同，也就是 說，電能質(zhì)量在空間上和時間上均處于動態(tài)變化之中，說明電能質(zhì)量指標(biāo)宜用概率統(tǒng)計結(jié) 果來衡量，并且需指明監(jiān)測點，同時也說明為了更好了解電能質(zhì)量狀況，應(yīng)采取長時間監(jiān)測 的方法了解。惡劣的電能質(zhì)量對電力系統(tǒng)運行和用電設(shè)備運行有危害，有的危害而 且是破壞性，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)在中國產(chǎn)生，大家對供電質(zhì)量越 來越重視，因此提高供電質(zhì)量是非常重要的，國家也制定了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和電力法，確保電能質(zhì) 量。電能質(zhì)量問題隨著現(xiàn)代信息技術(shù)，計算機技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，越來越引起用 戶和供電部門的重視，先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用大大提高了監(jiān)測水平。建立實用、先進、可靠的 電能質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，為及時分析和反映電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平，找出電網(wǎng)中影響電能質(zhì)量的 原因，采取相應(yīng)的措施，對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行具有重要意義。傳統(tǒng)的電能質(zhì)量分析儀大多采用定點DSP作為處理內(nèi)核，定點DSP處理數(shù)據(jù)時需 要時刻關(guān)注溢出的發(fā)生，耗費了大量的程序空間和執(zhí)行時間。中國專利局于2010年1月13日公開了一份CN101625383A號文獻(xiàn)，名稱為電 能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，包含當(dāng)前最先進的兩款芯片DSP芯片TMS320F28335和ARM芯片 AT91RM9200，同時還集成了信號調(diào)理、AD采樣、GPS時間同步、SPI通訊、IXD液晶顯示、SD卡 數(shù)據(jù)存儲、上位機顯示、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊、RS485通訊。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)中使用定帶你DSP作為處理內(nèi)核，需要時刻關(guān)注溢出 的發(fā)生，耗費了大量的程序空間和執(zhí)行時間的缺點，提供一種采用浮點DSP作為處理內(nèi)核， 動態(tài)范圍大，計算精度高，硬件資源豐富的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。本實用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案是一種電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，包括核 心處理元件DSP芯片TMS320F28335、采樣電路和數(shù)據(jù)存儲交換電路，其特征在于DSP芯片 連接有A/D轉(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊連接有模擬電路模塊，DSP芯片連接有外部RAM，DSP芯 片通過雙端口 RAM連接有MCU模塊行程雙CPU構(gòu)架，MCU模塊采用單片機C8051F340作為 核心元件。TMS320F28335浮點控制器與TI前代領(lǐng)先數(shù)字信號控制器相比，性能平均提高 50%，并與定點C28x控制器軟件兼容。它內(nèi)部有256K*16-bit FLASH，可存放用戶程序，無需外接程序存儲器。但其片內(nèi)只有34K*16-bit SRAM，不能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)儲存要求，并且DSP 在仿真時需要將程序下載到外部RAM中運行，所以外接了外部RAM;模擬電路模塊將電網(wǎng)中 的電力信號轉(zhuǎn)化為ADC的輸入信號，送到A/D轉(zhuǎn)換模塊進行同步采樣。轉(zhuǎn)換后的采樣數(shù)據(jù) 送到DSP進行分析處理，具體包括電力參數(shù)的測量、諧波分析等工作，以及原始數(shù)據(jù)的儲存 和相關(guān)需要的通訊，然后DSP把相應(yīng)的計算數(shù)據(jù)和MCU的數(shù)據(jù)進行交換，最終實現(xiàn)電能質(zhì)量 監(jiān)測。作為優(yōu)選，DSP芯片還連接有存儲模塊、通訊模塊及JTAG接口?？紤]項目的可移 動存儲的需求，裝置皆有存儲模塊，需要對DSP采集到的原始數(shù)據(jù)進行保存，系統(tǒng)采用高速 的SPI接口與PB375A芯片連接，外部接口支持U盤讀寫的USB接口，以及SD卡接口，方便 系統(tǒng)靈活采用存儲設(shè)備。作為優(yōu)選，所述的通訊模塊采用RS232及RS485，A/D轉(zhuǎn)換模塊包括兩片ADS8364 芯片，ADS8364芯片連接一個譯碼器芯片。根據(jù)設(shè)計要求，系統(tǒng)需要達(dá)到8路200KHz頻率 的數(shù)據(jù)采樣，故裝置中選用了兩片ADS8364芯片，ADS8364的最大工作頻率可達(dá)5MHz，采樣 /轉(zhuǎn)換可在20個轉(zhuǎn)換時鐘周期內(nèi)完成。ADS8364的六個通道可以同時進行采樣/轉(zhuǎn)換，吞 吐率最大可達(dá)250ksps。作為優(yōu)選，M⑶模塊包括IXD顯示電路、按鍵模塊電路、EEPROM電路和實時時鐘電 路。MCU模塊主要用于設(shè)定參數(shù)、顯示電能質(zhì)量檢測結(jié)果和人機對話；液晶顯示器(LCD)具 有輕薄、體積小、低耗電量等特點，在嵌入式系統(tǒng)，特別是一些低功耗系統(tǒng)中運用得越來越 廣泛，通過IXD顯示電路顯示電能質(zhì)量檢測結(jié)果以及其他設(shè)置與參數(shù)；電能質(zhì)量監(jiān)測裝置， 作為一個數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)記錄，需要提供給界面上的時鐘顯示，更在數(shù)據(jù)儲存時 需要記錄數(shù)據(jù)的采集時刻，因此非常需要一個實時時鐘電路。作為優(yōu)選，按鍵模塊電路具有18個按鍵，采用3X6矩陣鍵盤。實現(xiàn)18個按鍵功能 的輸入，系統(tǒng)中所需要的按鍵數(shù)量較多，采用3X6矩陣鍵盤可以減少I/O的占用。作為優(yōu)選，實時時鐘電路包括DS1302主芯片，主芯片采用雙電源供電，分別為主 電源和備用電源。設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后背電源進行涓細(xì)電流充電的能力。作為優(yōu)選，模擬電路模塊包括模擬電路、連接模擬電路的電流/電壓輸入電路和 AD采集模塊。本實用新型的有益效果是采用浮點DSP作為處理內(nèi)核，動態(tài)范圍大，計算精度 高，總線寬，并可由MCU市縣LCD顯示、實時時鐘、電表功能。

圖1是本實用新型一種原理示意圖；圖2是本實用新型一種ADS8346芯片的程序流程圖；圖3是本實用新型一種矩陣鍵盤電路示意圖。
具體實施方式
下面通過具體實施方式
并結(jié)構(gòu)附圖對本實用新型做進一步說明。實施例一種電能質(zhì)量監(jiān)測裝置(參見附圖1)，包括浮點DSP芯片TMS320F28335、 IDT7134雙端口 RAM、MCU模塊。模擬電路通過多路AD轉(zhuǎn)換電路輸入到TMS320F28335，TMS320F28335與通訊模塊進行雙向數(shù)據(jù)傳輸，通訊模塊包括RS232、RS485、通過USB接口連 接的U盤/SD卡存儲模塊，TMS320F28335連接有外部RAM和JTAG接口，TMS320F28335連接 有譯碼電路。IDT7134 雙端口 RAM 連接 TMS320F28335 和 MCU 模塊。MCU 模塊包括 C8051F340 單片機，C8051F340單片機連接LCD人機界面、JTAG接口、按鍵、譯碼電路、實時時鐘電路和 EEPR0M,本裝置采用主電源和備用電源供電的雙電源模式。TMS320F28335具有150MHz的高速處理能力，具備32位浮點處理單元，6個DMA通 道支持ADC、McBSP和EMIF，有多達(dá)18路的PWM輸出，其中有6路為TI特有的更高精度的 PWM輸出(HRPWM)，12位16通道ADC。C8051F340是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU， 具有高達(dá)48 MI / s速率、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容微控制器內(nèi)核全速、非侵入式的在線調(diào) 試接口 ；帶有8個靈活的端點通道，具有收發(fā)器和1 KB FIFO RAM的USB功能控制器；電源 穩(wěn)壓器；帶有模擬多路器的10位200 KS / s的單端/差分ADC ；精確校準(zhǔn)的12 MHz內(nèi)部 振蕩器和4倍時鐘乘法器；多達(dá)64 KB的片內(nèi)Flash存儲器；4 352字節(jié)片內(nèi)RAM ；具有5個 捕捉/比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數(shù)器/定時器陣列；3. 3 V工作電壓，功 耗低且?guī)в衅瑑?nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和時鐘丟失檢測器；容許5 V輸入的多達(dá)40個I / 0端口，很好得滿足了系統(tǒng)的要求。在DSP軟件中主要包括兩大部分其一，初始化和數(shù)據(jù)采集部分。這部分的軟件 有DSP初始化、AD初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊以及數(shù)據(jù)存儲等。其二，數(shù)據(jù)處理部分，主要 為電能質(zhì)量分析算法。本文主要討論電能質(zhì)量分析儀的硬件設(shè)計以及底層軟件開發(fā)，對算 法部分不做具體講解。故本文中包括DSP軟件以下幾個程序模塊DSP各模塊初始化程序 (SCI、GPI0、外部中斷、EMIF等)、AD數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計、U盤/SD卡存儲模塊程序設(shè)計。DSP 片上外設(shè)的初始化主要包括SCI模塊，用于RS232以及RS485通訊；GPIO模塊；EMIF模塊， 用于RAM外擴以及雙端口 RAM ；PWM模塊；外部中斷；SPI模塊初始化等。SCI模塊，設(shè)置SCIB 用于RS485通訊，SCIA用于RS232通訊，初始化波特率均為9600 bps，數(shù)據(jù)位為8位，1位停 止位，無校驗位和流控制位。EMIF模塊初始化位16位總線模式，用于系統(tǒng)讀取外擴RAM以 及雙端口 RAM。PWM設(shè)置為占空比為50%的方波，頻率為5M，用于產(chǎn)生時鐘提供給ADS8364。 外部中斷，設(shè)置為下降沿有效，用于AD轉(zhuǎn)換完成后中斷程序里進行數(shù)據(jù)讀取以及下次AD轉(zhuǎn) 換的啟動。SPI模塊初始化，設(shè)置為8位模式，波特率為200K，用于對U盤/SD卡讀取芯片 的操作。根據(jù)系統(tǒng)的硬件設(shè)計，AD數(shù)據(jù)采集程序主要包括AD初始化、AD啟動、AD數(shù)據(jù)讀取 等操作。其中AD初始化主要完成觸發(fā)ADS8364的復(fù)位引腳RST可以確保讀指針指向第一 個數(shù)據(jù)位置。作為TMS320F28335初始化的一部分，由TMS320F28335的通用輸入輸出口提 供給ADS8364的引腳RST。當(dāng)系統(tǒng)時鐘穩(wěn)定后，被觸發(fā)為低電平，從而確保了從ADC輸出的 數(shù)據(jù)對應(yīng)于通道A0、A1、B0、B1、C0、C1的排列。之后通過DSP的PWM模塊提供4M的時鐘給 ADS8364提供工作時鐘(參見附圖2)。對于每一個轉(zhuǎn)換通道，EOC均是低電平信號。ADS8364可為TMS320F28335提供三 個脈沖。每個脈沖信號表明一個轉(zhuǎn)換的結(jié)束。當(dāng)ADC的這三個引腳同時置低時，三個通道被 認(rèn)為有效并同時進行轉(zhuǎn)換。另外，EOC引腳也可被連接到TMS320F28335的一個中斷引腳， 以觸發(fā)一個讀周期。ADS8364的片選CS是一個有源低電平輸入信號。當(dāng)CS為高時，并行輸出引腳處于高阻態(tài)。當(dāng)CS為低時，并行數(shù)據(jù)線反映了輸出緩沖器的當(dāng)前狀態(tài)。為了正確地從ADS8364 的并行數(shù)據(jù)總線上讀取數(shù)據(jù)，ADS8364必須被片選CS選中后才能進行讀操作。ADS8364的讀(RD)信號端也是有源低電平信號。當(dāng)CS為低時，在讀信號(RD)的 下降沿，ADS8364中寄存器的內(nèi)容將被更新。這意味著在每個讀序列之前，RD信號必須被 觸發(fā)，這樣才能更新輸出緩沖器。通過TMS320F28335的中斷子程序?qū)DS8364的RD引腳 置低可以讀取AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，之后可再將RD引腳置高。3X6矩陣鍵盤(參見附圖3)列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機的I/O 作為輸出端，而列線所接的I/O作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是高 電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過 讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。
權(quán)利要求一種電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，包括核心處理元件DSP芯片TMS320F28335、采樣電路和數(shù)據(jù)存儲交換電路，其特征在于DSP芯片連接有A/D轉(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊連接有模擬電路模塊，DSP芯片連接有外部RAM，DSP芯片通過雙端口RAM連接有MCU模塊行程雙CPU構(gòu)架，MCU模塊采用單片機C8051F340作為核心元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，其特征在于DSP芯片還連接有存儲模塊、 通訊模塊及JTAG接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，其特征在于所述的通訊模塊采用RS232 及RS485，A/D轉(zhuǎn)換模塊包括兩片ADS8364芯片，ADS8364芯片連接一個譯碼器芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，其特征在于MCU模塊包括LCD 顯示電路、按鍵模塊電路、EEPROM電路和實時時鐘電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，其特征在于按鍵模塊電路具有18個按 鍵，采用3X6矩陣鍵盤。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，其特征在于實時時鐘電路包括DS1302主 芯片，主芯片采用雙電源供電，分別為主電源和備用電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，其特征在于模擬電路模塊包括模擬電 路、連接模擬電路的電流/電壓輸入電路和AD采集模塊。
專利摘要本實用新型涉及電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。解決了現(xiàn)有技術(shù)中使用定點DSP作為處理內(nèi)核，需要時刻關(guān)注溢出的發(fā)生，耗費了大量的程序空間和執(zhí)行時間的缺點，包括核心處理元件DSP芯片TMS320F28335、采樣電路和數(shù)據(jù)存儲交換電路，DSP芯片連接有A/D轉(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊連接有模擬電路模塊，DSP芯片連接有外部RAM，DSP芯片通過雙端口RAM連接有MCU模塊行程雙CPU構(gòu)架，MCU模塊采用單片機C8051F340作為核心元件。采用浮點DSP作為處理內(nèi)核，動態(tài)范圍大，計算精度高，總線寬，并可由MCU市縣LCD顯示、實時時鐘、電表功能。
文檔編號G01R22/10GK201689133SQ201020183670
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日
發(fā)明者樓曉春, 謝宇 申請人:樓曉春;溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院