基於dsp和pci總線技術的電能質量監測裝置的製作方法

2023-07-09 08:26:31 1

專利名稱：基於dsp和pci總線技術的電能質量監測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電力能源監測領域，具體涉及一種基於DSP和PCI總線技術的電能質量監測裝置。
背景技術：
電能質量監測在改善電能質量的過程中起關鍵的作用，因為要對電能質量進行治理，必須先對電能質量中存在的問題認識清楚。所以電能質量的五項指標電壓波動與閃變、三相不平衡、諧波、電壓偏差和頻率偏差的測量是電能質量治理的重要基礎和前提。要對電能質量進行綜合監測，必然要研製電能質量綜合監測裝置。國內外很多研究單位和廠商研製了各種電能質量分析儀表、儀器。這些儀器從功能上大體可以分為以下三類[0003] ①實時監測儀表若干個單功能儀器安裝在監測屏上，此類儀器功能單一，運行可罪。 ②手提式儀表技術人員隨身攜帶，隨機測量電能質量的一些指標，簡單實用。如美國Fluke公司生產的F40/41系列手持式諧波分析儀表最為優秀。其特點是體積小，功能多，使用方便。 ③臺式電能質量分析儀器儀器的特點是多通道，多功能，信息容量較大，數據處理功能強。 以上這些產品中，如美國的Fluke公司生產的F40/41手提式儀表性能優良，但是由於價格昂貴(2000美元/只)，一般用戶難以接受，希望國內廠家儘早生產出價格在3000元/只以下的手持式電力諧波分析儀，而性能相當。目前國內外生產的大多臺式電能質量分析儀存在的主要問題是通道較少，信息容量小，綜合分析功能不夠強，特別是不能把電壓波動與閃變測試分析功能綜合在一起，使用戶在普查電能質量時仍要攜帶很多儀器，而且給數據的處理帶來很多麻煩。很多用戶還希望增加捕捉瞬態信號等動態測試功能，這樣就會更加方便。同時隨著電能質量問題研究的深入，對於測量的要求也越來越高。所以開發功能齊全、攜帶方便、能長時間監測也能短時間監測，並全面測量電能質量標準中要求的指標參量，且價格合理的電能質量監測裝置十分必要。

發明內容本實用新型針對現有技術的不足，提供了一種基於DSP和PCI總線技術的電能質量監測裝置。 本實用新型所採取的技術方案為 基於DSP和PCI總線技術的電能質量監測裝置包括數據採集卡、PCI總線和上位機。數據採集卡採集電壓波形信號，數據採集卡通過PCI總線與上位機信號連接。[0010] 所述的數據採集卡包括DSP處理器、第一 A/D採樣器、第二 A/D採樣器、鎖相同步器、存儲器、CPLD晶片、JTAG接口和PCI控制器；第一 A/D採樣器的輸出端、第二 A/D採樣器的輸出端與DSP處理器信號連接，鎖相同步器的一端與第二 A/D採樣器的一端信號連接，
3另一端與DSP處理器信號連接，存儲器、CPLD晶片、JTAG接口與DSP處理器信號連接，PCI
控制器與DSP處理器的輸出端信號連接。 與現有技術相比，本實用新型所具有的優點為 (1)數據採集卡具有運行速度快，能採集多路信號，數據採集精度高(實際能達到 13位精度)，卡上數據存儲容量大，與上位機傳送數據快的特點。 (2)數據採集卡採用兩種bootloader的形式Flash bootloader和 HPIbootloader。 (3)裝置設計簡潔合理，多採用各種器件的推薦電路，保證了調試時硬體設計的正 確性。而器件的選擇上，多選用小封裝、低功耗和抗幹擾能力強的晶片，減少了電路板的面 積和功耗，適合插入工控機的機箱裡使用。

圖1本實用新型結構示意圖； 圖2本實用新型中數據採集卡的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。 如圖1所示，基於DSP和PCI總線技術的電能質量監測裝置包括數據採集卡1 、PCI 總線2和上位機3。數據採集卡1採集電壓波形信號，數據採集卡1通過PCI總線2與上位 機3信號連接。 如圖2所示，數據採集卡1包括DSP處理器8、第一 A/D採樣器4、第二 A/D採樣器 5、鎖相同步器6、存儲器7、CPLD晶片9、 JTAG接口 10和PCI控制器11 ;第一A/D採樣器4 的輸出端、第二 A/D採樣器5的輸出端與DSP處理器8信號連接，鎖相同步器6的一端與第 二 A/D採樣器5的一端信號連接，另一端與DSP處理器8信號連接，存儲器7、CPLD晶片9、 JTAG接口 10與DSP處理器8信號連接，PCI控制器11與DSP處理器8的輸出端信號連接。 DSP處理器選用TI公司的型號為TMS320C6711b晶片，能夠利用其強大的信號處理 能力和HPI接口 ，以滿足數據傳送和與上位機接口要求。 DSP程序用C語言編寫。要實現的主要功能是，讀取經過A/D採樣器轉換後的六路 數位訊號，把它存儲到片外的SDRAM上，供PCI驅動程序讀取。 數據採集卡的核心是A/D採樣器，在電力系統的電氣量測量的實際應用中，大多 數是針對三相電壓電流來進行信號處理的，所以選用TI公司的ADS8364晶片。ADS8364是 高速、低功耗，六通道同步採樣16位模數轉換器，其最大採樣率250KSPS。 ADS8364採用+5V 工作電壓，並帶有80dB共模抑制的全差分輸入通道以及六個4 s連續近似的模數轉換器、 六個差分採樣放大器。另外，在REFIN和REF0UT引腳內部還帶有+2. 5V參考電壓以及高速 並行接口 。 ADS8364的六個模擬輸入分為三組(A， B和C)，每個輸入端都有一個ADCs保持 信號以用來保證幾個通道能同時進行採樣和轉換。ADS8364的差分輸入可在-VREF到+VREF 之間變化。在信號輸入端採用差動運放將模擬輸入信號以差分輸入方式進入ADS8364，以有 效地減少共模噪聲，實現較高的有效採集精度。 DSP通過PCI總線向上位機傳送數據，然而DSP1並不能和PCI總線直接接口 。這裡選用PLX公司PCI9030的實現PCI總線協議。PCI9030實現了 PCI總線控制的功能，而且能與可以與主流的TI的C6000系列DSP直接相連，實現DSP晶片無縫的接口 ，因而大大簡化了系統設計的複雜度。 DSP擴展子系統中的存儲器包括一片Flash和一片SDRAM (Synchronous DynamicRAM同步動態存儲器)。DSPs訪問外部存儲器時必須通過外部存儲器接(EMIF)。 C6000系列的DSPs的EMIF具有很強的接口能力，不僅具有很高的數據吞吐率，而且可以與目前幾乎所有類型的存儲器直接接口。 FLASH選用存儲容量為128KX8bit，映射為DSP的異步存儲器空間。Flash是用在脫機工作方式時，存儲完成數據輸入輸出和各種信號處理任務的DSP的應用程式首先由硬體仿真器通過DSP的JTAG接口把程序燒錄到Flash中；然後通過設置啟動方式引腳確定從外部ROM自啟；DSP在系統復位後，自動將Flash中的應用程式搬移到其片內程序存儲器中，並從O地址開始運行。 SDRAM為DSP的動態存儲器擴展空間，選用一片2MX32bit的SDRAM，可滿足單片運行時數據存儲和處理的需要。 CPLD是受DSP的相應控制以完成整個系統的時序和邏輯的控制，功能包括AD採
樣頻率和採樣深度控制、內外同步邏輯控制、地址解碼控制、時序控制、片選控制、復用控制等。 JTAG接口基於IEEE1149. 1標準的 一 種邊界掃描測試方式(Boundary-scanTest)。 TI為其大多數的DSPs都提供了 JTAG埠支持，C6711也不例外。結合配套的仿真調試軟體(Emulator)，可以訪問DSPs的所有資源，包括片內寄存器以及所有的存儲器，從而為開發人員提供一個實時的硬體仿真和調試環境。這也是實現系統中處理器部分"能見度"的一個最方便的手段。兩個EMUx信號必須用上拉電阻與電源Vcc相連，上拉電阻的推薦值是4. 7k。如果C6711與14pin Header間的距離超過了 6英尺，則需要在有關的仿真信號上添加1級緩衝驅動。本裝置的具體工作過程為首先是數據採集，上位機啟動實時採集命令後，數據採集卡就獨立地控制硬體進行數據採集，並將採集結果存放在採集卡數據緩衝區中；然後上位機驅動程序將採集卡緩衝區中的數據讀取到驅動層數據緩衝區中；再次，上位機應用軟體，調用驅動層數據，對DSP上傳三秒鐘的數據首先對它進行FFT變換得出三相電壓三相電流的各次諧波的幅值和相位；再後，上位機應用軟體利用上傳得到的數據通過計算進一步得出系統的頻率偏差電壓偏差和三相不平衡度電。再利用LabVIEW的調用驅動程序的動態連接庫，把採集卡的數據通過PCI總路線傳送到上位機，然後對頻率偏差、諧波指標、電壓偏差和三相不平衡度進行了直接或者間接檢測。
權利要求基於DSP和PCI總線技術的電能質量監測裝置包括數據採集卡、PCI總線和上位機，其特徵在於數據採集卡採集電壓波形信號，數據採集卡通過PCI總線與上位機信號連接；所述的數據採集卡包括DSP處理器、第一A/D採樣器、第二A/D採樣器、鎖相同步器、存儲器、CPLD晶片、JTAG接口和PCI控制器；第一A/D採樣器的輸出端、第二A/D採樣器的輸出端與DSP處理器信號連接，鎖相同步器的一端與第二A/D採樣器的一端信號連接，另一端與DSP處理器信號連接，存儲器、CPLD晶片、JTAG接口與DSP處理器信號連接，PCI控制器與DSP處理器的輸出端信號連接。
專利摘要本實用新型涉及一種基於DSP和PCI總線技術的電能質量監測裝置。現有的電能質量分析儀通道較少，信息容量小，綜合分析功能不夠強。本實用新型包括數據採集卡、PCI總線和上位機。數據採集卡採集電壓波形信號，數據採集卡與上位機信號連接。數據採集卡包括DSP處理器，A/D採樣器的輸出端與DSP處理器信號連接，鎖相同步器的一端與A/D採樣器的一端連接，另一端與DSP處理器信號連接，存儲器、CPLD晶片、JTAG接口與DSP處理器信號連接，PCI控制器與DSP處理器的輸出端信號連接。本實用新型中數據採集卡具有運行速度快，能採集多路信號，數據採集精度高，卡上數據存儲容量大，與上位機傳送數據快。
文檔編號G01R23/16GK201522522SQ200920200049
公開日2010年7月7日 申請日期2009年11月16日 優先權日2009年11月16日
發明者吳晨曦, 羅平 申請人:杭州電子科技大學