基于DSP和ARM便携式电能质量监测系统的设计与实现_图文

1、第38卷第24期电力系统保护与控制V01.38No.24兰Q!Q!兰旦!垒旦2兰!垒芝!生巴!竺!竺!竺翌璺望垒竺2翌!121旦暨:!垒:!Q!Q基于DSP和ARM便携式电能质量监测系统的设计与实现舒双宝,罗家融,王勤渭,孙滨璇(东华大学理学院,上海201620摘要:介绍一种基于DSP和ARM架构的便携式电能质量监测系统的软硬件设计方案。利用TI TMS320F2812DSP和高精度数据采集芯片AD7656完成对现场电信号的同步采集和分析计算,DSP通过串口和FIF0与嵌有Linux系统的ARM￥3C2440芯片通信,完成分析数据和原始数据的传输,采用大容量存储设备记录存储采样波形和分析结果,

2、通过网络接口上传教据并设置监测终端的运行参数.实验测试结果表明该设计的可行性,该系统满足实时在线监测电能质量的各项指标。关键词:电能质量;DSP;嵌入式系fA;ARM;LinuxDesign and implementation of a portable power quality monitoring device based on DSP andARMSHU Shuang-bao,LUO Jia-rong,WANG Qinyong,SUN Binxuan(College ofScience,Donghua University,Shanghai201620,ChinaAbstracts

3、A new design ofDSP+ARM portable power quality monitodng device is proposed in this paper.TMS320F2812DSP and high precision AD7656are used for power quaiity data synchronous acquisition.Monitoring values arc computed in the DSP.whichcommunicates with ARM S3C2440embedded with Linuxsystem via serial po

4、rt and FIFOand transferspower data and computedvalues.The data a旭stored in large capacity storage device and displayed in the LCD.The data transmission between PC and ARM is fulfilled by network and the operating parameter ofmonitoring terminal is set.Feasibility and reliability ofthe device are val

5、idated by experimental test,and the results show that the device is in accord with the electric power quality monitoring standard.This work is supported by National Natural Science Foundation ofChina(No.10875027.Key words,power quality:DSP:embedded system:ARM;Linux中图分类号:TM714文献标识码:A文章编号:1674.3415(20

6、1024-0185.05O引言随着科学技术和国民经济的发展,对电能的需求量日益增加,同时对电能质量的要求也越来越高,电力部IJ和用户对电能质鼍也越来越关注。由于不对称性、冲击性、非线性负荷容量的不断增长,电能质量问题日益突出;同时,越来越多的敏感负载对电能质量有着更高的要求。如何提高和保证电能质量已经成为电力系统面临的重要问题,为改善电能质量和制定相关的治理措施,电力部门需对电能质量进行连续的测鼍,使得开发和使用新型的高性能、适用性强的电能质量监测系统成为一种必然11-21。目前国内大部分地区采用的电能质最监测仪由于其测量指标单一,不能够连续监测,测量劳动强基金项目:围家自然科学基金(1087

7、5027度大等原因,不能够很好地适应电能质量管理的需要【3】。本系统采用DSP和ARM技术研制高精度多通道电能质量监测系统,作为网络型电能质量监测系统的一部分,以分布式电能质量I监测终端为研究对象,立足于目前国内外电能质量监测系统的现状,研制出一套功能完备的电能质量实时监测终端系统。1系统总体结构及功能本系统采用数字信号处理器DSP和高速高精度数字采样芯片(以下简称AD并配合LCD显示各通道波形和计算分析结果,采用大容琏存储设备记录存储采样波形和分析结果。通过网络接口上传采样和分析数据并对监测终端进行运行参数设置。本监测设备具有小型化、便携式、多功能的特点,可用于电网中电力线路的电能质最实时监

8、测,也可用于安装到电网中的某一节点执行长期的在线监测任.186.电力系统保护与控期务。系统的硬件结构如图1所示,主要包括前端信号调理电路、DSP数据采集与处理电路、ARM数据保存与传输电路。前端信号调理电路使用电压互感器和电流互感器将三相电压和三相电流转换到合适AD采集的电压信号,并进行相关处理。DSP数据采集与处理电路主要完成控制AD对信号的多路同步采集并进行电能质量相关测量参数的运算,再将参数运算结果通过串口传给ARM,同时DSP和ARM协同完成原始数据保存到SD卡中,ARM通过结果分析进行故障判断,如果有故障则SD卡保存故障前后3s 的原始数据以备分析。ARM端将测量结果通过LCD进行显

9、示,同时上位机通过网络接收删传输的电能质量监测实时数据,方便工作人员分析及进行故障的判断。本电能质量监测系统测量的参数有:基波到50次的谐波分量,包括250次谐波有效值、各次谐波相角、谐波总畸变率、偶次谐波总畸变率、奇次谐波总畸变率、谐波含有率,电压波对FIFO的控制和传输,并将采集的电压、电流的动与闪变,功率及功率因数,三相不平衡度等。2系统硬件设计-三相电压扯舻爿数据一A一B六通c.+前端道同存储信号_J步数显示DSP控制掣调理据采ATMS320F28I2一B电路集AD/ARM C数据处理图1系统硬件系统结构图Fig.1Hardware structure ofdevice2.1前端信号调

10、理电路2.1.1电压互感电路本电能质量监测系统可测量的相电压峰值可达到320V,可以满足日常民用和工业用电的范围需要,这样就需要电压互感器将原信号转化为AD可以采集的范围内(如5V。图2所示为本系统中电压互感电路原理图,采用VSM025A型霍尔电流型互感器来获取电压通道的信号,在电路的最前端加上双极性TvS(瞬态电压抑制二极管来钳制浪涌,以保护互感器,滤波电路是滤除50次谐波频率以上的信号。图2电压互感电路示意图Fig.2Skeltch map ofvoltage mutual inductance circuit2.1.2电流互感电路电流互感电路原理图如图3所示。采用哈尔滨三达德电力技术有限

11、公司MG8Q13钳型电流互感器,此种互感器精度0.1级,匝数比为2000:I,原边最大输入电流为10A,副边最大电流为5mA。从钳形互感器输出的电流信号,经比例放大电路,放大2000倍,电容C起滤波的作用。图3电流互感电路示意图Fig.3Sketch mapofcurrent mutual inductance circuit2.2DSP数据采集与处理电路设计DSP主要作为计算各项电能质量参数的平台,采用TMS320F2812作为主芯片,它是美国TI公司推出的C2000平台上的定点32位DSP芯片,主频最高可达150MHz,处理性能可达150MIPS,每条指令周期6.67ns,能很好地满足实时

12、性需求14J。在DSP中主要完成电信号的采集、各个监测量的计算,同时完成与ARM之间计算结果和实时数据的同步传输。AD7656是美国ADI公司研制的6通道16位高精度、快速、低功耗、逐次逼近型ADC,具有6通道同步采样功能【51。图4所示为DSP数据采集电路。AD的控制信号由DSP芯片的一个I/O口(定时器产生,在CONVST信号的上升沿触发AD的采样信号。在AD转换完成后BUSY信号产生F2812的外部中断信号,引起INTl中断,在中断程序中连续读取6次AD的地址,就可以将6通道的数据读取 基于DSP和ARM便携式电能质量监测系统的设计与实现 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(

13、期： 舒双宝， 罗家融， 王勤湧， 孙滨璇， SHU Shuang-bao， LUO Jia-rong， WANG Qinyong， SUN Bin-xuan 东华大学理学院,上海,201620 电力系统保护与控制 POWER SYSTEM PROTECTION AND CONTROL 2010,38(24 参考文献(10条 1.赵刚;施围;林海雪 闪变值计算方法的研究期刊论文-电网技术 2001(11 2.邵如平;韩正伟;林锦国 三相不平衡度数字检测系统设计期刊论文-电力自动化设备 2007(11 3.陈君;赵伟;初仁欣 测算电网频率和谐波的新方法期刊论文-清华大学学报(自然科学版 2000(01 4.杨水清;张剑;施云飞 ARM嵌入式Linux系统开发技术详解 2008 5.S3C2440 data sheet 2004 6.陈国磊;舒双宝;季振山 电能质量监测数据采集系统的设计和实现期刊论文-电力系统保护与控制 2009(03 7.TMS320x281x data sheet 2001 8.冯红岩;赵双喜;张建成 基于双CPU的电能质量监测