本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，具體是一種電網(wǎng)智能數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，常常需要對(duì)高速信號(hào)進(jìn)行采集與處理。例如，在光傳感技術(shù)中對(duì)光脈沖散射信號(hào)的測(cè)量，在雷達(dá)工程中對(duì)電磁脈沖信號(hào)的測(cè)量等，都需要對(duì)高速信號(hào)進(jìn)行采集與運(yùn)算，而且此類高速信號(hào)的測(cè)量，往往對(duì)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)提出嚴(yán)格的要求。現(xiàn)有的電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，基本都是單采用DSP控制器或者單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，由于DSP或者單片機(jī)的本身硬件所限制，處理速度有限；另外還存在適用范圍窄的問(wèn)題，一個(gè)電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)只能適用于一個(gè)場(chǎng)合，到另外一個(gè)場(chǎng)合，又需要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電網(wǎng)智能數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種電網(wǎng)智能數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括編程調(diào)試單元、JTAG模塊、DSP控制器、FPGA模塊和晶振及復(fù)位電路，編程調(diào)試單元通過(guò)JTAG模塊給DSP控制器設(shè)置軟件，系統(tǒng)上電后，DSP控制器、FPGA模塊分別由各自的FLASH加載程序，系統(tǒng)開始運(yùn)行，信號(hào)自信號(hào)輸入端輸入，經(jīng)放大電路放大后在A/D模塊完成A/D轉(zhuǎn)換，由FPGA模塊向DSP控制器發(fā)送中斷0申請(qǐng)信號(hào)，DSP控制器從A/D FIFO RAM模塊中讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行小波變換去噪處理，處理結(jié)束后DSP控制器向USB控制器發(fā)送中斷申請(qǐng)信號(hào)，USB控制器將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機(jī)，由PC機(jī)應(yīng)用程序顯示數(shù)據(jù)；所述DSP控制器還分別連接接口模塊和無(wú)線模塊芯片，無(wú)線模塊芯片還連接無(wú)線通信天線；所述放大電路包括電阻R1、電容C1、三極管VT1、二極管D1和三極管VT2，所述電阻R1一端分別連接電阻R2、輸入信號(hào)Vi和三極管VT1基極，電阻R1另一端分別連接電容C1和電容C5，電容C5另一端分別連接電阻R5、二極管D1正極和電容C6，電容C6另一端分別連接輸出端Vo、三極管VT2發(fā)射極和三極管VT3發(fā)射極，三極管VT3集電極分別連接電容C2、電阻R3和電阻R2另一端并接地，電容C2另一端分別連接電阻R3另一端和三極管VT1發(fā)射極，三極管VT1集電極分別連接二極管D1負(fù)極、電容C4和三極管VT3基極，電容C4另一端分別連接電阻R5另一端、電阻R4和三極管VT2基極，三極管VT2集電極分別連接電阻R6和電源VCC，電阻R6另一端分別連接電阻R4另一端和電容C1另一端。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述PC機(jī)應(yīng)用程序還能夠?qū)λ鱿到y(tǒng)進(jìn)行控制，具體包括：接收USB控制器處理后的數(shù)據(jù)，接收USB控制器處理前的數(shù)據(jù)，設(shè)定A/D模塊的采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述DSP控制器還連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述DSP控制器還連接晶振及復(fù)位電路。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述DSP控制器與USB控制器之間通過(guò)兩個(gè)USB FIFO RAM模塊交換數(shù)據(jù)。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述DSP控制器采用TMS320VC33。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述FPGA模塊采用XC3090。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述USB控制器采用AN2136SC。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述接口模塊包括數(shù)字接口、A/D接口、485接口和HART接口。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用一塊超大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列配合DSP控制器，一方面減小了PCB板的制作空間并且大大地增加了系統(tǒng)的可靠性；另一方面，通過(guò)FPGA與DSP聯(lián)合進(jìn)行運(yùn)算控制，提高了數(shù)據(jù)的傳輸速度和處理速度，進(jìn)而保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；增加了接口模塊，整個(gè)系統(tǒng)可以進(jìn)行模塊化生產(chǎn)，適用范圍廣泛；由USB控制器完成與PC機(jī)的通信，具有熱插拔、易于使用、傳輸速率高等特點(diǎn)；同時(shí)增加了無(wú)線功能；整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成合理、實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、具有實(shí)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為電網(wǎng)智能數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為電網(wǎng)智能數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中DSP控制器的程序流程圖。

圖3為電網(wǎng)智能數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中放大電路的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1～3，本發(fā)明實(shí)施例中，一種電網(wǎng)智能數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括編程調(diào)試單元、JTAG模塊、DSP控制器、FPGA模塊和晶振及復(fù)位電路，編程調(diào)試單元通過(guò)JTAG模塊給DSP控制器設(shè)置軟件，系統(tǒng)上電后，DSP控制器、FPGA模塊分別由各自的FLASH加載程序，系統(tǒng)開始運(yùn)行，信號(hào)自信號(hào)輸入端輸入，經(jīng)放大電路放大后在A/D模塊完成A/D轉(zhuǎn)換，由FPGA模塊向DSP控制器發(fā)送中斷0申請(qǐng)信號(hào)，DSP控制器從A/D FIFO RAM模塊中讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行小波變換去噪處理，處理結(jié)束后DSP控制器向USB控制器發(fā)送中斷申請(qǐng)信號(hào)，USB控制器將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機(jī)，由PC機(jī)應(yīng)用程序顯示數(shù)據(jù)；所述DSP控制器還分別連接接口模塊和無(wú)線模塊芯片，無(wú)線模塊芯片還連接無(wú)線通信天線。所述PC機(jī)應(yīng)用程序還能夠?qū)λ鱿到y(tǒng)進(jìn)行控制，具體包括：接收USB控制器處理后的數(shù)據(jù)，接收USB控制器處理前的數(shù)據(jù)，設(shè)定A/D模塊的采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。所述DSP控制器還連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。所述DSP控制器還連接晶振及復(fù)位電路。

圖3為本發(fā)明的放大電路的電路圖，包括電阻R1、電容C1、三極管VT1、二極管D1和三極管VT2，所述電阻R1一端分別連接電阻R2、輸入信號(hào)Vi和三極管VT1基極，電阻R1另一端分別連接電容C1和電容C5，電容C5另一端分別連接電阻R5、二極管D1正極和電容C6，電容C6另一端分別連接輸出端Vo、三極管VT2發(fā)射極和三極管VT3發(fā)射極，三極管VT3集電極分別連接電容C2、電阻R3和電阻R2另一端并接地，電容C2另一端分別連接電阻R3另一端和三極管VT1發(fā)射極，三極管VT1集電極分別連接二極管D1負(fù)極、電容C4和三極管VT3基極，電容C4另一端分別連接電阻R5另一端、電阻R4和三極管VT2基極，三極管VT2集電極分別連接電阻R6和電源VCC，電阻R6另一端分別連接電阻R4另一端和電容C1另一端；輸入信號(hào)Vi從圖1的信號(hào)輸入端輸入，輸出端Vo連接A/D模塊。

(1)當(dāng)輸入信號(hào)Vi為直流信號(hào)時(shí)，電源VCC接通后，三極管VT1、VT2和VT3并不是同時(shí)導(dǎo)通的，電源VCC首先經(jīng)R6、R4為VT2提供基極電流而使VT2導(dǎo)通，VT2導(dǎo)通后，它的發(fā)射極電流一路經(jīng)R1為VT1提供基極電流而使VT1導(dǎo)通，VT1導(dǎo)通后，VT3的基極電流才能通過(guò)VT1的C-E極、R3到地而導(dǎo)通，從而使VT3導(dǎo)通，輸出端Vo輸出放大的直流信號(hào)。

(2)當(dāng)輸入信號(hào)Vi為交流信號(hào)時(shí)，交流信號(hào)送到VT1基極，放大后從集電極輸出，由于集電極和基極是反相關(guān)系，所以VT1集電極輸出的信號(hào)與基極信號(hào)極性相反，當(dāng)Vi正半周信號(hào)經(jīng)VT1放大后，從集電極輸出變?yōu)樨?fù)半周信號(hào)，該信號(hào)使A點(diǎn)電壓下降，經(jīng)D1和R5后，B點(diǎn)電壓也下降，VT2截止，A點(diǎn)電壓下降會(huì)使VT3導(dǎo)通程度深，進(jìn)入正常放大狀態(tài)，有放大的電流從輸出端Vo輸出；Vi的負(fù)半周信號(hào)流程與上述流程類似，所以，當(dāng)Vi的正負(fù)半周信號(hào)加入電路時(shí)，VT2和VT3交替工作，有完整的放大的信號(hào)從輸出端Vo輸出。

本系統(tǒng)使用的DSP控制器為TI(德州儀器)公司的TMS320VC33，它是TI公司推出的性價(jià)比極高的32位浮點(diǎn)型數(shù)字信號(hào)處理芯片，是目前在國(guó)內(nèi)外使用最為廣泛的浮點(diǎn)DSP之一。

TMS320VC33具有以下特點(diǎn)：哈佛結(jié)構(gòu)；流水線操作；專用的硬件乘法器；特殊的DSP指令；快速的指令周期。另外，TMS320VC33還具有強(qiáng)大的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，運(yùn)算速度可達(dá)150MFLOPS(每秒百萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算)，處理能力達(dá)到75MIPS(每秒百萬(wàn)次指令周期)。而且，它還采用3.3V I/O電壓和1.8V處理器核電壓使功耗降低到200mW。

DSP控制器的電路設(shè)計(jì)主要是為TMS320VC33的外圍電路設(shè)計(jì)。TMS320VC33的STRB0和引腳分別連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的片選和使能引腳，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，TMS320VC33的INT2引腳接到低電平，實(shí)現(xiàn)上電后程序自加載；由TMS320VC33的TMS、TDI、TDO、TCK、EMU0、EMU1等引腳組成程序下載口，以方便DSP控制器的程序調(diào)試。

本發(fā)明系統(tǒng)帶有接口模塊，接口模塊包括數(shù)字接口、A/D接口、485接口和HART接口，通過(guò)這些接口使本發(fā)明具備很強(qiáng)的通用性，很多需要處理的數(shù)據(jù)只需要接入這些相應(yīng)的接口中，即可進(jìn)行相應(yīng)的處理，并在PC機(jī)輸出相應(yīng)的處理結(jié)果。

因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的邏輯比較復(fù)雜，為了有效地減少硬件的體積、提高硬件系統(tǒng)的可靠性，這里把所有的邏輯控制電路、各種存儲(chǔ)器的地址譯碼電路都用一塊超大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(FPGA)XC3090來(lái)實(shí)現(xiàn)。邏輯控制電路包括：命令寄存器、采樣點(diǎn)數(shù)/采樣頻率設(shè)定寄存器、中斷申請(qǐng)信號(hào)發(fā)生器、將A/D結(jié)果寫入FIFO RAM的控制電路、USB及其FIFO和A/D FIFO狀態(tài)檢測(cè)電路。

TMS320VC33與USB控制器AN2136SC之間通過(guò)兩個(gè)USB FIFO RAM模塊交換數(shù)據(jù),握手信號(hào)使用AN2136SC的PC口，當(dāng)USB為接收緩沖器時(shí),DSP控制器讀，AN2136SC寫；當(dāng)USB為發(fā)送緩沖器時(shí),DSP控制器寫,AN2136SC讀。PC機(jī)用作二者的讀寫通道，方向可編程確定；PC機(jī)用于TMS320VC33向AN2136SC申請(qǐng)中斷；PC機(jī)用于AN2136SC復(fù)位USB接收緩沖器；PC機(jī)用于USB接收器滿標(biāo)志,若接收器已滿則禁止AN2136SC進(jìn)一步對(duì)USB接收緩沖器寫入；PC機(jī)用于USB發(fā)送緩沖器空標(biāo)志,若緩沖器已空則禁止AN2136SC進(jìn)一步對(duì)USB發(fā)送緩沖器讀出。

TMS320VC33處理后的數(shù)據(jù)還能夠通過(guò)無(wú)線模塊芯片以及無(wú)線通信天線發(fā)送到外部的無(wú)線終端，實(shí)現(xiàn)無(wú)線功能。

系統(tǒng)軟件主要包括五大部分：DSP程序(用于A/D采樣控制、數(shù)據(jù)處理、DSP與USB總線之間的信息交換)、USB總線驅(qū)動(dòng)程序、USB固件程序(用于PC機(jī)與DSP之間的數(shù)據(jù)交換與處理)、PC機(jī)應(yīng)用程序、FPGA中對(duì)地址的譯碼程序和各個(gè)寄存器的實(shí)現(xiàn)程序。

DSP程序首先對(duì)DSP控制器進(jìn)行初始化(中斷初始化、片外選通信號(hào)初始化、設(shè)定系統(tǒng)默認(rèn)的采樣點(diǎn)數(shù)/采樣頻率等)，然后等待中斷(中斷0的程序主要用于對(duì)A/D數(shù)據(jù)的讀取和處理，并向PC機(jī)發(fā)送處理后的數(shù)據(jù)；中斷1的程序主要用于分析PC機(jī)的命令，針對(duì)PC機(jī)的命令設(shè)定系統(tǒng)的采樣點(diǎn)數(shù)/采樣頻率，并發(fā)送PC機(jī)需要的數(shù)據(jù))，如圖2所示。

USB固件程序代碼由USB芯片集成的加強(qiáng)型8051單片機(jī)處理。當(dāng)EZ-USB設(shè)備連接到USB口時(shí)，主機(jī)進(jìn)行總線枚舉，首先根據(jù)設(shè)備ID使用系統(tǒng)程序?qū)⒐碳螺d到芯片內(nèi)部，然后進(jìn)行重枚舉，固件作為用戶的功能設(shè)備開始執(zhí)行。CYPRESS公司提供的固件程序框架，用來(lái)完成控制傳輸工作和大部分的數(shù)據(jù)傳輸工作。本接口電路的固件程序就是基于此固件框架開發(fā)的，并使用Keil C進(jìn)行編譯。

PC機(jī)應(yīng)用程序?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)與驅(qū)動(dòng)程序的通信，應(yīng)用程序首先創(chuàng)建一個(gè)事件和一個(gè)線程，然后將事件句柄傳遞給WDM，用線程等待WDM發(fā)送的事件消息，接收到事件消息后，就讀取驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)。

在WINDOWS中，Win32應(yīng)用程序調(diào)用的API函數(shù)有五個(gè)：CreateFile()、ReadFile()、WriteFile()、DeviceIoControl()和CloseHandle()。

應(yīng)用程序?yàn)榇蜷_一個(gè)WDM設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，使用CreateFile()函數(shù)。它的第一個(gè)參數(shù)是一個(gè)符號(hào)鏈接名。如果用DriverWorks創(chuàng)建一個(gè)WDM驅(qū)動(dòng)程序，通常會(huì)用類KUnitizedName生成一個(gè)設(shè)備符號(hào)鏈接名。這個(gè)名字的后面有一個(gè)數(shù)字，一般是一個(gè)0。例如，若符號(hào)鏈接名為L(zhǎng)“USBDevice”，則傳遞給CreateFile()的是“.USBDevice0”。

一旦應(yīng)用程序獲得設(shè)備的有效句柄，它就能夠調(diào)用Win32函數(shù)，這將產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于此設(shè)備對(duì)象的相應(yīng)的IRP，發(fā)送給驅(qū)動(dòng)程序，完成相應(yīng)功能。

綜上所述，本發(fā)明利用一塊超大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列配合DSP控制器，一方面減小了PCB板的制作空間并且大大地增加了系統(tǒng)的可靠性；另一方面，通過(guò)FPGA與DSP聯(lián)合進(jìn)行運(yùn)算控制，提高了數(shù)據(jù)的傳輸速度和處理速度，進(jìn)而保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；增加了接口模塊，整個(gè)系統(tǒng)可以進(jìn)行模塊化生產(chǎn)，適用范圍廣泛；由USB控制器完成與PC機(jī)的通信，具有熱插拔、易于使用、傳輸速率高等特點(diǎn)；同時(shí)增加了無(wú)線功能；整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成合理、實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、具有實(shí)用價(jià)值。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。