嵌入式TCPIP协议的高速电网络数据采集系统

1、 仪器仪表学报第30卷速度。数据的发送也是在中断中完成,DSP采样数据及分析结果均以单周期发送。由于数据包的发送比较耗时,不能在两个采样间隔之间将一个周波的数据发送完毕,为了保证数据采样的实时性,数据的发送采用优先级较低的自定义中断。DSP在进行数据实时采样传输的同时还能够同步计算出主要的电能质量参数,这包括三相电流或电压有效值、20次以内的谐波值、畸变率,以及实时频率等。4数据传输系统的优化对于高速数据采集系统来说,数据传输的速度至关重要。网络通信虽然速度不及数据采集卡,但其安装布线的简便性和抗干扰性却是数据采集卡所无法比拟的。为了提高数据传输的速度还得对整个系统进行优化,影响网络传输速度的

2、瓶颈有两方面:一个是DSP与网络芯片的接口时序,另一个是TCP/IP协议栈的实现。TMS320F2812通过XINF接口来访问外部设备,访问可分为3个阶段:前导(Lead、有效(Active和跟随(Trail,各阶段的等待周期数由软件设定。其中前导阶段是指从该存储区片选信号有效,待访问地址出现在地址总线到渎写信号有效为止;有效阶段即读写信号有效的阶段,此B,-jx,寸网络芯片的RAM进行读写:跟随阶段是指读写信号失效后,片选信号继续有效的时间。“。RTl氇019as是高速外设,只有DSP读写时序设置与其相对应的时序一致时,才能充分发挥芯片的性能。TCP/IP协议栈的实现计算量较大,占用了DSP

3、有限的计算资源,因此嵌入式TCP/IP协议应根据实际情况在保证传输速度与可靠性的基础上尽量精简。协议的数据计算主要来自CRC校验码的计算,其中包括IP包头、TCP包头和UDP包头的校验码。IP包头的校验码仅仅是针对IP包头的CRC计算,对于每一个数据采集模块来说,其自身和主机的IP、MAC地址,以及每次发送的数据包长度都是同定的,可以预先计算好存储在芯片内;在网络通信距离近、干扰较小的情况下,通信出错率很低,若对传输速度要求高但可靠性无严格要求则可考虑取消TCP和UDP包头的CRC校验,这样可以省掉绝大部分的计算;UDP协议在数据传输时由于不需要保持固定的连接,也不需要等待接收方的回应,以及超

4、时莺发的实现,所以在传输小容量大数量的数据包时效率要比TCP协议高得多,用UDP协议取代TCP协议并在应用层中辅以其他手段保证网络通信的可靠性也不失于一种提高传输速度的方法。5系统开发和应用在本系统中,主要数据的计算已经在DSP中完成。上位￥JLx,f传上来的数据进行后续处理。与数据采集卡和基于USB总线的数据传输接口不同,它们需要自己编写驱动程序,这就需要开发者对操作系统以及Windows底层驱动了如指掌,开发难度相当大。而对于采用TCP/IP 协议的系统来说,由于操作系统均已安装网卡驱动与TCP/IP的全部协议,开发者只需编程凋用网络API函数或是应用Winsoek控件就日r以完成数据的收

5、发,再利用Visual.Basic、Visua|C、MATLAB或是LabVIEW等高级开发T具很容易开发出功能强大的应用软件。本系统的桌面软件采用Visual C+设计,可以对多路电网电压或电流波形进行实时显示,电能质量数据在显示的同时存人数据库以便Lj后查询分析。通过软件还可以对不同时段的电能质量进行比较分析,绘制趋势图、柱状图等。另外该系统还实现了电能质量数据的远程监控,远程控制以及打印等多种功能。图5、6是将本系统应用于某10kV变电站谐波检测的实测图,应用结果表明,其综合性能优于现有谐波检测装置。图5电能质量波形及数据显示界面Fig.5Display window of the po

6、wer quality waveforln and data图6数据库查询及柱状图显示Fig.6Database queryand histogram display第2期鲁力等:嵌入式TCP/IP协议的高速电网络数据采集系统6结论本套系统采用以太网进行高速数据传输,克服了以往电力系统中广泛采用的RS485总线传输速度不够,数据采集卡限于工控机PCI插槽数目以及集中式采集布线复杂等缺陷。既町将采集模块分布式的安装在采集现场义可将多个采集模块集中安装在一个开芙柜内,同时接人网络的采集模块数鼍不受限制。由于该系统的绝大部分数据计算已经在数据采集模块中完成,上位机仪完成数据库操作和网络访问,闪此完全

7、町以用ARM等嵌入式系统来实现上位机的功能,节省没备成本与体积。另外网络通信模式使系统很容易接入现在通行的现场总线,便于数据的集中监测。随着网络技术发展的口新月异以及工业以太嘲的广泛应用,相信该高速数据采集系统的设计理念具有广阔的应用前景。23456参考文献苗强,何风有,邓世建.基丁RS485总线的变电所嘛测系统设计J.仪器仪表学报,2006,27(6:909-910.MIAO Q,HE F Y,DENG SH J.Design of monitoringsubstation based on Bs485J1.Chinese.Journal of Seien.tific Instrument,

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12、Electronics Industry,2005:1950.作者简介鲁力,2006年于华南理1=大学电力学院获得学一i:学位,现为华南理T大学电力电子及电力传动专业研究牛,研究方向为电力电子系统与装置。地址:广州华南理丁大学电力学院06级.510640Email:ludascutLu Li received bachelor degree from Electric Power College.South China University of Technology in2006,now he is a masterstudent in Electric Power College,majo

13、ring in power electronicdevice.Address:Electric Power College。South China University of Technology,Guangzhou510640,Guangdong,ChinaE.mail:ludascut163.tom张波,1982年于浙江大学获得学十学位,1988年于西南交通大学获得硕十学位,1994年于南京航空航天大学获得博土=学位,现为华南理1二大学电力学院教授、博士=生导师、副院长,主要研究方向为电力电子系统与装置。地址:广州华南理下大学电力学院,510640E-mail:epbzhangscut.e

14、du.enZhang Bo received bachelor degree.from Zhejiang Universityin1982.master degree fhm.Southwest Jiaotong University in1988and doctor degree from Nanjing University of Aeronauticsand Astronautics in l994.Now he is a professor。PhD supervisorand the subdecanal。his research field is power electronic d

15、evice.Address:Electric Power College,South China University of Technology,Guangzhou510640,Guangdong,China E-mail:.ca嵌入式TCP/IP协议的高速电网络数据采集系统 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 被引用次数： 鲁力， 张波， Lu Li， Zhang Bo 华南理工大学电力学院,广州,510640 仪器仪表学报 CHINESE JOURNAL OF SCIENTIFIC INSTRUMENT 2009,30(2 9次 参考文献

16、(8条 1.苏奎峰;吕强;耿庆锋 TMS320F2812原理与开发 2005 2.史蒂文斯 TCP/IP详解卷1:协议 2003 3.王力生;梅岩;曹南洋 轻量级嵌入式TCP/IP协议栈的设计期刊论文-计算机工程 2007(02 4.关守平;姚勇;刘海龙 嵌入式系统网络接口模块设计及应用 2007(04 5.杨鹏;赵琦 工业以太网的发展及其技术特点期刊论文-微计算机信息 2006(2-1 6.张兴莲;王智慧;李元元 基于USB2.0的DSP与PC间的通信期刊论文-低压电器 2007(09 7.张素莉;陈宇 基于PCI总线的探地雷达数据采集系统期刊论文-仪器仪表学报 2005(08 8.苗强;何凤有;邓世建 基于RS485总线的变电所监测系统设计期刊论文-仪器仪表学报 2006(06 引证文献(9条 1.贺静丹.滕召胜.温和.周良璋 单相多功能电能表设计期刊论文-电子测量与仪器学报 2011(1 2.高阳.潘宏侠.吴升.梁松林 基于DSP的电力设备远程监测分析系统期刊论文-电力自动化设备 2010(1 3.陈毅红.冯全源.李高平.程江 基于层次体系结构的嵌入式监控系统研究期刊论文-计算机应用研究 2010(5 4.李洪文.阴玉梅.孟浩然.张岳.王帅.张斌 望远镜智能交流配电监控系统设计期刊论文-电子测量技术 2010(5 5.张旭.亓学广.李世光.芮昱.邱