ADS8364在新型智能测磁仪中的应用

1、    ADS8364在新型智能测磁仪中的应用    ADS8364在新型智能测磁仪中的应用    类别：模拟技术      1 引 言 目前现有的测磁仪，采样使用的AD大多为10位AD，这使得其采样精度低，测量误差大，而且抗干扰能力差。CPU大都以单片机为主，供电电源为5 V，控制器功耗比较大；主频低使得指令执行周期长，计算速度慢，在一个工频周期内的采样点数少。在环境恶劣的工业现场，由于其传感器、放大器及隔离器件本

2、身的技术原因，性能相对较差，容易受到干扰。而且现有测磁仪的功能大都比较简单，通常以单通道为主，外加一个霍尔传感器，一般只能测量试品外壁某一点的磁感应强度，对于铁芯内部等传感器无法到达的部位不能进行测量。显示终端主要以LED为主，一般只显示当前测量点的磁感应强度，在整个测量过程中没有数据记录功能，需要专人负责填写，使用起来很不方便。 另外，现有测磁仪大都不能实现三相或三个独立的单相试品的测量，测量过程中无法给出最大磁通量、最小磁通量以及他们分别对应的电流，更无法显示磁滞回线并给出磁滞回线的面积，这些都是我们十分关心的问题。更重要的是不能测量激磁电流中有直流分量的磁路。 以上这些问题使得现有测磁仪

3、在使用过程中总是存在这样那样的不足，使测量工作受到很大的限制。 2 硬件设计 新型智能测磁仪的硬件结构框图如图1所示。外部采样信号经三通道电压调理电路和三通道电流调理电路接至ADS8364。CPU为TMS320LF2407，与ADS8364并行连接。CPU内部的SCI实现与PC机通讯，由ST16C550扩展的串口与显示终端LCD相连，并配有键盘及打印机。因TMS320LF2407内部RAM空间不足，所有采样结果均保存在外部CY7C1021中，CY7C1021在程序调试过程中作为程序的外部存储器，正常运行时作为AD采样结果的存储空间。    ADS8364

4、与TMS320LF2407接口电路如图2所示。ADS8364的三位地址线接LF2407的低三位地址线，16位数据线与LF2407的16位数据线并行连接。3个采保信号分别由FL2407的PWM10，PWM11和PWM12提供。AD转换结束信号接LF2407的外部中断1。BYTE接地使读取时得到的数据位数以16位的方式输出。    2.1 采样模数转换器ADS8364介绍 ADS8364是TI公司推出的高速、低功耗、6通道16位AD转换芯片，共有64个引脚。其时钟信号由外部提供，最高频率为5 MHz，对应的采样频率是250 kHz。数字电源供电电压为35 V

5、，即可以与3.3 V供电的微控制器接口，也可以与5 V供电的微控制器接口。6个模拟输入通道分为三组(A，B和C)，每组都有一个保持信号(HOLDA，HOLDB和HOLDC)，用来启动各组的AD转换，6个通道可以进行同步并行采样和转换。AD转换完成后产生转换结束信号EOC。其共模输入在50 kHz时为80 dB，特别适合于噪声比较大的测量环境。地址模式信号(A0，A1，A2)决定ADS8364的数据读取方式，转换结果读取方式有3种：直接读取、循环读取和FIFO方式。根据BYTE为0或者为1确定每次读取时得到的数据位数，转换结果以16位还是8位的方式输出。 2.2 微处理器TMS320LF2407

6、简介 TMS320LF2407是TI推出的高性能静态CMOS技术微处理器，采用3.3 V供电减小了控制器的损耗；30 MHz的主频使得其具有较高的实时控制和计算能力。 片上32 k×16位的FLASH，使得程序烧写十分便利。两个事件管理器EVA和EVB；10位的AD转换，可由两个事件管理器来触发两个8通道输入AD转换器或一个16通道输入AD转换器。 外部存诸器扩展：64 k的程序空间，64 k的数据空间，64 k的IO空间。5种外部中断。 2.3 异步收发器ST16C550简介 ST16C550是一种通用异步收发器(UART)，能够提供数据并串转换功能。显示单元采用的LCD基本约定为

7、串口格式，在实现与TMS320LF2407通讯时，通过扩展异步通信接口来实现高速串行通信。 2.4 键盘及显示单元 键盘采用扫描工作方式，设有09数字键、功能键、光标向下及向右移动键、设定键、启动键和打印键。通过键盘可设定分流器的量程、励磁匝数、铁心面积、迭片系数及磁路长度。显示单元LCD为DMB24128A，主要显示A、B、C相的最大、最小磁通及相应的电流值以及A、B、C相的磁滞回线的面积。 3 软件设计 智能测磁仪的基本工作流程如图3所示。上电后首先初始化，对控制寄存器及IO口进行设置，自检无误后进入键盘扫描。有按键按下，则进入相应的操作，如必要的参数设定及界面等，否则默认为缺省值。当检测

8、到启动键按下时，启动A组采样达到设定的采样次数，停止A组依次启动B组、C组，如图3所示进行循环，采样结果保存在外部存储空间CY7C1021中。也可以通过设定只启动一组采样。    一次循环采样结束后，关闭中断，清除标志位。依据相应的算法计算出终端所要显示的值并送至显示终端。同时检测PC机是否需要上位机通讯，如果是则将外部存储器中的数通过SCI传到上位机，否则开中断进入下一个采样周期。每组AD在一个工频周期内最多采样点数为800点，这一值可以根据需要通过键盘进行设置。 上位机提供了多种显示界面，极大地方便了使用。与下位机显示终端最大的区别在于不仅包含了所有

9、下位机的功能，而且能够直观地显示电压、电流波形及磁滞回线。 4 实验结果    在非铁磁材料中，磁通密度B和磁场强度H之间呈直线关系，直线的斜率等于u0。而在铁磁材料中磁通密度B和磁场强度H之间是非线性的。铁磁材料置于交流磁场中，材料被反复磁化，磁畴相互不停地磨擦、消耗能量，产生磁滞损耗。磁场变化一个周期时，被磁场吸收的能量可用磁滞回线的面积来表示，这部分能量将消耗在铁磁材料内，转化为热能。磁滞损耗用下式表示： 其中：V为铁心的体积；f为磁场交变的频率；H为磁场强度；B为磁通密度。 磁通密度最大值愈大，磁滞回线面积愈大，磁滞损耗也越大。 通过式(1)可以

10、看出，磁通密度与磁感应强度的大小直接影响到磁滞损耗，而磁滞回线面积的大小能够准确反映磁滞损耗情况。据此对一台单相试品变压器进行了测量，记录电压、电流波形及磁滞回线如图4图7所示。并对采样的电压、电流波形的数据结果与fluk434测的结果进行了比较，认为是正确的。 图4和图5分别为交流励磁时的电压电流波形及磁滞回线；图6和图7分别为交直流励磁时的电压电流波形及磁滞回线。由于电压电流的真实值相差太大，图上坐标均采用百分值显示。    磁通随时间正弦变化，磁饱和的非线性导致磁化电流成为与磁通同相位的尖顶波；磁路饱和越严重，磁化电流的波形越尖，畸变越严重。当有直流励磁电流存在时，激鼓电流已经严重畸变，关于x轴出现了严重不对称。    5 结语 通过设计和实验结果证明，该新型智能测磁仪具有以下特点： (1)采用高精度16位采样模块ADS8364，使得采样精度大大提高，减小了零飘和测量误差。 (2)结构简洁，具有较强的抗干扰能力，测量结果受外部环境的影响小。 (3)操作简单、功能齐全、使用方便，下位机本身就是一个完整的测量仪器，再配以上位机软件，能够通过图形更加直