基于dsp+fpga的雙核逆變器模塊通信系統(tǒng)的控制電路板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種基于DSP+FPGA的雙核逆變器模塊通信系統(tǒng)的控制電路板。
【背景技術(shù)】
[0002]電能作為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活不可或缺的資源，是衡量國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家資源建設(shè)的一個重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。隨著國家電力網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)大，逐步實(shí)現(xiàn)了跨區(qū)供電和區(qū)域大電網(wǎng)的建設(shè)，因此，電力系統(tǒng)的安全、可靠以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等問題顯得日益突出。電網(wǎng)中由用戶需求產(chǎn)生的無功功率和諧波不僅降低了發(fā)電和輸電的效率，同時也影響其他用戶對電能質(zhì)量的要求以及電力設(shè)備的可靠性，因此將無功功率和諧波作為電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對其進(jìn)行有效合理的控制，對保持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義，隨之誕生了STATCOM、APF等電能質(zhì)量治理裝置。
[0003]APF、STATCOM等并網(wǎng)逆變器作為動態(tài)補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向，具有快速穩(wěn)定的無功和諧波的調(diào)節(jié)能力，因此，控制系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)劣顯然是衡量其優(yōu)越性的重要指標(biāo)。對于他們的控制系統(tǒng)，一般從裝置補(bǔ)償(無功、諧波)電流控制要求、裝置所發(fā)出的電流跟蹤實(shí)際采樣電流的能力、直流側(cè)電壓的穩(wěn)定、功率開關(guān)管的損耗等方面入手，因而選擇合適的控制電路板顯得至關(guān)重要。此外，國內(nèi)外以往的研究設(shè)計中，所制造的逆變器單元體積龐大、質(zhì)量不輕便，在工業(yè)領(lǐng)域占用很大空間，局限了這些裝置的應(yīng)用范圍，給工業(yè)生產(chǎn)造成諸多不便，因此，對逆變器進(jìn)行模塊化處理不僅有利于減小其體積和質(zhì)量，節(jié)省更多的資源和空間，而且便于實(shí)現(xiàn)多臺逆變器的并聯(lián)和級聯(lián)，便于維修和拆卸，使并網(wǎng)型逆變器模塊應(yīng)用于更多的工業(yè)領(lǐng)域。
[0004]此外，將逆變器系統(tǒng)模塊化后，如果能實(shí)時觀測逆變器的工作狀態(tài)、工作性能和從電網(wǎng)采集的參數(shù)，更有利于操作人員及時對逆變器模塊進(jìn)行控制，也更便于及時發(fā)現(xiàn)故障等問題。因此，加入人機(jī)操作界面顯得尤為重要，大多數(shù)的工業(yè)設(shè)計使用的是液晶顯示屏和機(jī)械按鍵操作系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用雙DSP核實(shí)現(xiàn)整體控制，但DSP內(nèi)存有限，且實(shí)現(xiàn)雙DSP互連系統(tǒng)時可能存在變成操作復(fù)雜等問題，而且運(yùn)行速度一般。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于DSP+FPGA的雙核逆變器模塊通信系統(tǒng)的控制電路板。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種基于DSP+FPGA的雙核逆變器模塊通信系統(tǒng)的控制電路板，包括AD采樣模塊；所述AD采樣模塊與DSP處理器連接；所述DSP處理器與FPGA連接；所述FPGA與通信模塊連接；所述通信模塊與顯示模塊、輔助電源模塊連接；所述輔助電源模塊與FPGA、DSP處理器、AD采樣模塊、顯示模塊連接。
[0007]所述AD采樣模塊包括調(diào)理模塊和與所述調(diào)理模塊連接的采樣濾波模塊。
[0008]所述DSP處理器采用TMS320F2812定點(diǎn)32位芯片。
[0009]所述FPGA采用EP2C8Q208型可編程邏輯元器件。
[0010]所述通信模塊采用SN65HVD485ED芯片。
[0011 ] 所述顯示模塊采用DMT48270T043_18W的4.3寸D⑶S液晶屏。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所具有的有益效果為:本實(shí)用新型在保證主控制系統(tǒng)高速運(yùn)行的前提下，減小了逆變器模塊的體積，提供了較優(yōu)的人機(jī)交互界面，為用戶操作帶來方便；可以采用本實(shí)用新型系統(tǒng)的DSP處理器處理和運(yùn)算數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA則專門用來作通信和顯示用，雙核分工明確，既減少了 DSP的工作量和工作負(fù)擔(dān)，又極大程度地利用了FPGA強(qiáng)大的可編程邏輯功能優(yōu)勢，提高了整個控制系統(tǒng)的工作效率；采用具有高精度與高轉(zhuǎn)換速度的芯片ADS8556進(jìn)行采集模擬數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換，并配置調(diào)理電路和二階前級濾波電路，能方便的實(shí)現(xiàn)各類電能數(shù)據(jù)的采集，控制簡單實(shí)用；基于TI公司的TMS320F2812核心DSP控制芯片，以其優(yōu)越的運(yùn)算能力以及成熟的工業(yè)應(yīng)用，可十分便捷的完成相應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，同時保證系統(tǒng)的高可靠性和快速性；采用Altera公司的Cyclone II系列EP2C8Q208型FPGA芯片，通過在Quartus II軟件環(huán)境下建模，為實(shí)現(xiàn)DSP和液晶之間的通信搭建橋梁，主要實(shí)現(xiàn)DSP和FPGA之間的數(shù)據(jù)雙向傳輸、FPGA與液晶之間的485通信(通過編程實(shí)現(xiàn)全雙工)，發(fā)揮FPGA強(qiáng)大的功能優(yōu)勢，加快了通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的效率，使各項(xiàng)電力數(shù)據(jù)可實(shí)時準(zhǔn)確地顯示于液晶屏上供用戶操作；終端顯示系統(tǒng)采用迪文DOTS液晶屏，滿足了在苛刻工業(yè)條件下的使用要求，具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力，對經(jīng)常用于惡劣操作環(huán)境下的并網(wǎng)逆變器具有極佳的顯示效果；該類屏采用指令集控制顯示，可適用于多種編程軟件，擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域，滿足了不同層面用戶的使用需求；集成了 AD數(shù)據(jù)采樣、各種通信模塊以及輔助電源模塊等的開發(fā)系統(tǒng)，能滿足較完善的工業(yè)應(yīng)用需求。基于該系統(tǒng)的核心控制系統(tǒng)，極大地提高了應(yīng)用開發(fā)的效率；該基于雙核通信系統(tǒng)的逆變器控制電路板對于多臺模塊化逆變器的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)和相關(guān)項(xiàng)目以及人機(jī)交互系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計具有深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖；
[0014]圖2為本實(shí)用新型AD采樣功能模塊圖；
[0015]圖3為本實(shí)用新型AD芯片管腳配置圖；
[0016]圖4圖(a)表示DSP將數(shù)據(jù)傳輸給FPGA并在終端實(shí)時顯示的通信結(jié)構(gòu)圖，圖4(b)表示從終端鍵入數(shù)據(jù)并通過FPGA上傳至DSP實(shí)施控制操作的通信結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本實(shí)驗(yàn)新型成功應(yīng)用于三相兩電平模塊化有源濾波器(APF)實(shí)驗(yàn)裝置平臺，為了滿足現(xiàn)有設(shè)備實(shí)際的采樣需求，我們對AD芯片的擴(kuò)展進(jìn)行了靈活配置；本系統(tǒng)采用2塊ADS8556進(jìn)行直流側(cè)電容電壓、APF逆變側(cè)輸出電流、負(fù)載電流和相間電壓等數(shù)據(jù)采樣。選用的ADS8556為16位的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，輸入電壓范圍為正負(fù)10V，單塊AD芯片可實(shí)現(xiàn)6路數(shù)據(jù)采集，從而本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多達(dá)12路的數(shù)據(jù)采集工作，滿足了該裝置實(shí)際控制的需求。
[0018]基于DSP+FPGA雙核通信控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，DSP2812為控制系統(tǒng)的核心，以其強(qiáng)大的運(yùn)算能力和抗外界干擾能力、大容量的可讀寫內(nèi)存以及已經(jīng)成熟的市場應(yīng)用，成為本系統(tǒng)在進(jìn)行電能變換和控制逆變器進(jìn)行諧波補(bǔ)償?shù)裙δ軙r的一大優(yōu)勢；FPGA-EP2C8作為通信系統(tǒng)的核心，同時承擔(dān)與DSP和迪文DOTS液晶屏的通信，通過圖1所示的讀寫信號和片選信號，通過與DSP互連的地址線將DSP中的數(shù)據(jù)讀入，并通過485通信將數(shù)據(jù)傳給液晶屏，利用FPGA高于DSP的運(yùn)算和響應(yīng)能力、可靈活快速建模的性能，不僅能根據(jù)要求定義10 口的類型，利用平臺提供的現(xiàn)有IP核(預(yù)置功能)實(shí)現(xiàn)高級控制和信號處理，而且為用戶設(shè)計系統(tǒng)節(jié)約了時間，而且FPGA不會面臨任務(wù)相互占取的風(fēng)險，擁有真正的并行執(zhí)行和專注于每一項(xiàng)任務(wù)的確定性硬件，提高了系統(tǒng)運(yùn)行時的穩(wěn)定性，雙核之中FPGA的使用是本實(shí)用新型的一項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計，相比以往大多數(shù)產(chǎn)品采用的雙DSP核的設(shè)計，本控制電路板具有更高的運(yùn)行效率和更快更穩(wěn)定的通信速度，對于提高整個APF模塊補(bǔ)償功能具有重大意義。DSP和FPGA各引腳的功能和配置具體見兩種芯片的數(shù)據(jù)手冊和說明說而定。另外集成了高精度的AD轉(zhuǎn)換芯片及相應(yīng)的調(diào)理濾波電路，尤其是其可擴(kuò)展性，能很好地滿足多路信號的采集要求。電源和地部分主要包括兩種數(shù)字電源，分別給雙核的內(nèi)核供電的1.8V數(shù)字電源和3.3V的I/O 口數(shù)字電源，在電源模塊穩(wěn)定的供電條件下，保證控制系統(tǒng)的高效運(yùn)行。
[0019]DSP采用的是美國TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812定點(diǎn)32位芯片，擁有150MHz的flash結(jié)構(gòu)，改型DSP核心支持特殊的IQ-math函式庫，系統(tǒng)開發(fā)人員可以使用便宜的定點(diǎn)數(shù)來發(fā)展所需的浮點(diǎn)運(yùn)算算法，由于其整合了 CPU和微控制器的最佳特性，目前廣泛用于數(shù)字控制和資料擷取I/O控制等領(lǐng)域。
[0020]FPGA采用的是美國ALTERA公司的Cyclone II系列EP2C8Q208型的可編程邏輯元器件，該芯片具有8256個宏單元，18個乘法器，供用戶使用的10 口數(shù)最大可達(dá)139個，并且擁有外圍4BanksXlMX16bits的大容量SDRAM和16bits的Flash存儲單元可供使用，功能強(qiáng)大，常利用Quartus II進(jìn)行建模編程。
[0021]實(shí)現(xiàn)RS485通信采用美國TI公司的SN65HVD485ED芯片，采用5V電源供電，運(yùn)行時的動態(tài)電流低于2mA，采用半雙工通訊，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)10Mbps ;FPGA與該485芯片的通信連接采用6N137型號的單通道高速光耦合器，轉(zhuǎn)換速率也達(dá)10Mbps，具有高的輸入輸出隔離，且輸入電流極小，僅5mA。
[0022]液晶觸摸顯示屏采用北京迪文公司生產(chǎn)的型號為DMT48270T043_18W的4.3寸DOTS液晶屏，像素為480X272，H600內(nèi)核，16.7M色，485和232通信均可適用，工作電壓為6~42V直流電，功耗2.4W，適用于苛刻工業(yè)環(huán)境中，界面設(shè)計簡單方便且有專門的燒圖軟件，該DGUS屏具有大容量的圖片存儲空間，可保存