随着计算机技术&通信技术和电子技术的迅猛发展,电力系统自动化程度也日益提高,通过现场总线技术和数字信号处理技术的应用提高了电力系统的可靠性和可维护性。本文将TMS320LF2407A芯片和CAN总线等技术应用于电力系统的数据采集中,基于对转换时间和转换精度的考虑,本系统还采用了ADS7684作为模数转换芯片。ADS7684是TI公司推出的专为高速同步数据采集系统设计的高速6通道同步采样、12位的模/数转换芯片。将ADS7684与TMS320LF2407A芯片构成数据采集部分,是一个较好的数据采集方案。该系统可以快捷地实现对电压、电流、功率、功率因数和频率等重要的电力参数进行实时检测,处理和传输。
1 系统结构
基于现场总线的电力系统数据采集系统由数据采集模块、CAN总线、工控机(IPC)3部分组成,其系统结构如图1所示。
图1 系统结构图
其中数据采集模块采集现场数据,直接面向生产过程;工控机主要功能是通过现场总线网络对数据采集模块的参数进行设置,实时获取数据采集模块的数据和信息,以及显示、数据分析和完成报表等功能;CAN总线部分主要由CAN总线适配卡、通信介质和相应软件构成。
2 系统硬件设计
三相电压、三相电流
图2 硬件总体框图
2。1TMS320LF2407A的主要特点
美国德州仪器公司生产的TMS320LF2407A芯片将实时信号处理能力和控制器外设功能集于一身,特别适合于
2.2 采集模块电路设计
该部分电路采用ADS7684作为A/D转换芯片,ADS7684是一种高速、低功耗、六通道、同时采样保证无失码的双12位A/D
图3 双极性输入转换电路
ADS7684使用独立的8MHZ有源时钟,由5V电源供电。TMS320LF2407A供电电压是3.3V,而ADS7864供电电压是5V,所以二者接口需电平转换,ADS7864的16位数据线经过SN74LVTH16245A电压转换芯片再与DSP相连,片选信号CS和读信号RD分别由2407A的外部I/O空间选通信号CS和读信号RD经电平匹配模块引入,它的A/D转换结束标志信号BUSY同样须经电平匹配模块引到2407A的XINT1。ADS7864同时采到6路输入信号并将它们保存在保持寄存器,然后顺序启动转换,将转换的结果分别存放在6个寄存器中,转换完后发出BUSY中断信号,DSP响应中断,顺序读出转换结果,然后再进行下一次采样、转换。
2.3 通信模块电路设计
目前电力系统的分布式监控系统几乎都是基于RS-485构建的网络,采用半双工的电气协议,这种机制使得在构建复杂工业现场的实时监控网络时存在不足,可靠性低,系统故障隔离能力差。在本设计方案中采用了CAN总线技术。该总线技术具有独特的机制,其主要有以下几个优点:网络节点不分主动主从;采用非破坏总线仲裁;支持竞争;传输距离远;通信速度较高(最大1Mbit/s);组网灵活;其报文采用短帧结构,传输时间短,受干扰小,具有自己的协议等;所以现场总线CAN以其自身的优点有效支持分布式控制系统或成为实时控制的串行通信网络。
TMS320LF2407A内带CAN控制器,使整个电路的外围设计简单化,可靠性也得到提高。考虑到CAN 总线数据传输的高速率和抗干扰性,CAN通信方案做了如下几方面设计:DSP的CANRX和CANTX先通过74LVC04A进行3.3V与5V的电平匹配,然后再通过高速光隔TLP113与TJA1050连接,实现了总线的电气隔离;采用了TJA1050作为驱动器代替以往的82C250,TJA1050的优点是完全符合ISO11898标准;高速率最高达1 Mbit/s;电磁抗干扰性能好;不上电的节点不会对总线造成扰动;输出驱动器受到温度保护;至少可以连接110个节点。数字电源VCC和GND是用小功率隔离模块
图4 CAN通信接口电路 3 系统软件设计
本系统的软件在CCS2000的开发环境下编辑、调试的,采用C2000
3.1 采样环节
ADS7864 含有两个可以同时工作的12位A/D
图5 采样模块程序流程图
3.2 通信环节
在使用CAN控制器之前首先必须对它的内部寄存器进行初始化设置。包括相关I/O口、位定时器以及邮箱的相关设置。第1步即为正确配置两个引脚CANTX和CANRX,因为这两个I/O口均为复用口。第2步初始化位定时器:位定时器主要由BCR1和BCR2这两个寄存器组成,包括CAN控制器的通讯波特率、同步跳转宽度、采样次数和重同步方式。第3步初始化邮箱:邮箱初始化主要是设置邮箱的标识符、控制域以及对相应的邮箱赋初值。以下是寄存器初始化的部分原代码:
数据的发送与接收:当完成以上3步之后,接着就实现对数据的发送与接收请求.数据的接收,采用中断方式接收CAN信息,而且所接收到的信息标识符必须与相应的接受邮箱的标识符相同才能被接收,否则被滤除.
4 结束语
本文将DSP和CAN总线等技术应用在电力系统
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