电气工程及其自动化毕业设计-基于DSP的煤矿井下低压电网监控系统设计

基于DSP的煤矿井下低压电网监控系统设计摘要随着电力电子技术在煤炭行业的大规模应用，晶闸管、逆变电源、变频控制电机、起重设备等离散系统负载的不断增加，电网谐波环境污染日趋严重。谐波降低电能质量，对机器设备的一切正常运行造成危害，严重危及煤矿低压电网的安全运行。据此，电能质量检测和相应的修复必不可少。首先要解决的问题是对电网主要参数进行检查分析，准确掌握电网主要参数的具体情况。因此，针对电力工程实用性强、精度高、信息量大的特点，设计了一种基于DSP的低压电网检测系统，完成对低压电网的高精度检测。本文首次对低压电网检测主要参数的特性进行基础理论分析，对谐波的来源和风险进行科学的研究。在增强带通滤波器和锁相环记忆超频电源电路的基础上，提高谐波频率、相位差和强度测量的精度。随后，采用TI的TMS320F2812为关键CPU、利用ADS8364安全通道模拟模拟输入、16位并行处理输出数模转换器进行数据采集和转换，以及低功耗硬件配置电源电路。电压电网视频监控系统的设计方案非常详细。包括数据信号传感器供电电路、脉冲调制供电电路、数据处理供电电路和通信供电电路等。最后，系统软件充分考虑抗干扰的规定，连接维护供电电路如光电耦合器和瞬态电压抑制器连接到电源电路。关键词：电力系统；参数监控；数字信号处理器；快速傅里叶变换目录6600第一章绪论 绪论本章首先详细介绍谐波风险，这是当今电能质量的主要风险，以及电力系统测量的必要性；其次，详细介绍了世界各国的产品研究成果和研究成果，以及数据信号分析的发展，尤其是近年来DSPCPU的普及，为电力系统的智能采集赋予了新的生命。1.1课题研究的背景及意义近年来，由于采用电力电子技术的工业设备和电器产品的大量应用，电能质量的恶性变化越来越严重，危及电力企业、工业生产和大家日常生活的方方面面。电能质量的主要危害是电力设备对电网的影响。互联网的主要影响包括电压降和峰值电压、电压谐波含量、过电压、电压波动和三相不平衡。这种冲击会破坏客户的负载或系统软件设备，电力系统在煤炭行业尤为重要。自然，为了更好地保障所有煤炭生产制造的安全运行，电力系统必须在保证安全运行的同时，降低消耗，提高用电效率，改善用电自然环境，提高用电效率。社会整体效益经济，掌握电能质量，提高电能质量。为了更好地掌握电能质量，提高电能质量，一方面必须采取多种可能的技术措施来抑制电能质量的恶性变化或开发网络服务，另一方面需要对电能质量进行监控。并安装设备。在某一点。监督供配电系统中低压电网的主要参数。要准确及时地检测电网各项指标值，并对其进行分析统计分析，以便及时处理电能质量问题，是否一切正常运行，如何处理他们。因此，必须监测多个电能质量指标值，并且必须在越来越多的点上安装监测。因此，准确、快速地测量电力工程主要参数，对于完成电网防爆开关自动化技术，保障电网安全经济状况具有关键的现实意义。数据信号转换器DSP是专用CPU，可将脉冲信号转换为模拟信号并执行快速并行处理，比速度更快的CPU快1,050倍。在当前的数字时代，DSP已经成为通信、电子计算机、消费电子等行业的基础设备。它被称为信息社会改革的规范媒介。专业人士预测和分析，DSP将成为一种发展趋势。快速电子设备。在集成电路芯片的未来。它将成为升级电子设备，改变每个人的工作、学习、培训和生活习惯的关键要素。将DSP技术引入电网监管也具有关键的现实意义。这是因为，由于我国电力系统的快速发展趋势，当前电力工程数据采集和传感器设备的特点已不能满足电力系统和变电站自动化技术发展趋势的要求。目前，单片机的设计是机械设备操作和操纵的关键，数据处理方法的能力有限，数据采集的频率和精度较低，电力系统的谐波分析有很高的难度。数据信号分析计算中有很多加法和加法运算。数据信号分析集成IC是专为数据信号分析而设计的微控制器。具有专业的计算机指令和更强的数据信号分析系统总线。系统结构和处理速度快，控制功能强。它不仅可以处理谐波分析中复杂、大量的计算，而且可以充分利用强大的控制功能来控制各种现场通讯接口。数模转换器ADC和其他用于数据收集的日常任务[1]。因此，结合DSP技术、快速A/D和全新的电子计算机技术，可以进一步改进和完善具有微机保护、误记录等实际要求的设备。可以说DSP技术在电力系统中有着广阔的应用前景。1.2世界各国科研发展趋势动态在国际上，输出功率主要参数的测量技术大概经历了三个环节。第一步主要是测量模拟输入。1950年代以来，随着数字电子技术和电子信息技术的发展趋势，输出功率主要参数的测量技术逐渐发生了变化。智能化，最初的模拟点检测模拟逐渐被数字化检测所取代。数字测试具有微型计算机、独立的计算机操作系统和多种可相互通信的标准化系统总线、可扩展的仪器仪表和功能测试系统软件。测量技术的发展趋势是快速的、逐渐完善的，在80年代以后进入了第三阶段，即大规模集成电路芯片技术。一方面进一步提高了集成IC的计算水平，另一方面大大减少了集成IC计算水平\芯片尺寸。同时，它易于嵌入到仪器设备中，进一步提高了测量输出功率主要参数的软件的特性和便利性。目前，在电能质量元器件的科研方面，高端销售市场主要被英国、法国、德国等知名电源公司占据。其产品坚固、稳定并具有良好的瞬态特性。与国外相比，我国在图形显示层面的开发、设计和科研，开关电源的主要参数检测已经落伍。大多数厂家采用单片机设计结构，并不理想。在功能和应用层面还存在很多问题[2]。1）分辨率不足，可扩展存储空间小，计算速度相对较慢，大量实时数据难以用精确细致的优化算法求解，不能满足电力监控的高实用性要求。2）电力系统中最常见的微控制器包括51系列和96系列等控制系统，但由于对电力系统实际性能、信息和计算要求的高精度测量，这类机械设备不没有很长的计算水平。为了更好地融入电力系统法规，电力系统高精度测量、实时监测和优秀优化算法的应用受到限制。3）部分产品立即引进国外技术控制模块，功能齐全，但价格相对昂贵，不完全适合中国市场。4）部分商品不具备通讯和控制输出功能，不符合电力系统数字化、自动化技术的发展前景。5）人机交互技术差。1.3本文的重点工作第一部分：绪论详细介绍了研究课题的现实意义、世界各国的科学研究动态，并给出课题研究的具体内容。第二部分：输出功率主要参数信号分析的基本理论。一方面，详细讨论了输出功率的主要参数范围和测量技术。另一方面详细讲解了信号分析的关键基础理论之一FFT（QuickFourierTransform），在输出功率中详细介绍了相关的基础理论。用于主要参数测量。同时，从电网产品质量标准、电网谐波测量技术、频段泄漏与抑制等方面系统地描述了电网谐波。第三部分：电力工程主要参数实时测量系统软件的科学研究。这部分是本课题的关键，从硬件开发、软件开发、抗干扰三个层面讨论系统软件。其实有以下几点：1、视频监控系统硬件开发，包括：(1)数据采集控制模块设计方案。包括电压和电压互感器及调理电路原理、抗混叠电路原理、锁相环电路原理、DSP和A/D采样电源电路接口设计。(2)DSP最小系统设计方案。包括DSP芯片选择、电路设计、存储ic设计、晶振电路设计和JTAG接口设计。(3)通信系统设计方案。包含DSP与上位机软件通讯电路原理。电源电路得到实际电路原理图。2.系统软件抗干扰的基本讨论，主要是开关电源的抗干扰设计，地线的抗干扰设计，布线标准和屏蔽的使用，以及软件的开发.3、系统设计方案：重点包括系统软件的软件流程图和各控制模块的软件开发。第四部分是总结与展望。说明进一步改进系统功能所需的努力。电力工程主要参数测算的基本原理煤矿低压电网必须检测的主要参数包括电压、电流、输出功率、频率、电压误差、电网谐波等。2.1电压、电流和电压误差的测量和计算根据GB12324-2008《电能质量_供电系统电压误差》，默认设置获取电压有效值的测量时间窗应为10个周期，且每个测量时间窗应与相邻的测量时间窗相近，无重合，连续测量并取平均值。测量并计算电压的有效值，最后是开关电源电压的误差值。计算方法如下：(2-1)另外，国家标准对供电系统的电压误差有如下要求：(1)供电系统电压35KV以上的正负误差平方根之和不得超过额定电压的10%。(2)10KV以下三相电源电压的允许误差不得超过额定电压的7%。(3)220v单相电动开关电源电压允许误差为额定电压的7%-(-10%)。由上可知，为了更好地测量电压误差，必须测量特定电压的均方根值。由于键入数据信号中含有谐波成分，键入数据信号电压的瞬时值可以表示为：（2-2）其中N为谐波次数，认为k次谐波电压有效值，θk为k次谐波电压初相角。总的电压有效值由定义得出为：（2-3）如果交流电压信号在周期中的N个点均匀采样，那么我们将上面的公式离散化，只要N足够大并且选择得当，那么我们就用采样序列中的周期来代替不断变化的电压值。根据数值积分的矩形算法：（2-4）式中:ΔT交流采样间隔（采样周期）Uk电压采样样本值N一个周期内采样点数如果相邻两次采样的时间间隔都相等，则ΔT为一常数有N=T/ΔT，由以上诸式可得出计算实际电压有效值的方法为：（2-5）在上式中，测量的是每相电压的均方根值。电流优化算法与电压优化算法相同，具体电压误差可以根据电压误差计算方法计算。2.2频率误差的测量根据GBT15945-2008《电能质量_电力系统频率误差》，对电力系统频率误差的要求是：(1)电力系统所有正常频率误差的规定值为±0.2Hz。当系统软件体积小于小时，误差值可释放至±0.5Hz。(2)冲击负载引起的系统软件频率变化一般不超过±0.2Hz。可根据冲击负载的特性、尺寸和系统软件标准适当改变，但安全、稳定运行，通用供电系统。功率计算公式包括功率因数、无功负载、有功功率和功率因数的计算。(1)功率因数：测量功率因数时，由于电网电压和电流已知，故选用输出功率测量的基本原理（二米法），可得到如下输出功率采样计算方法：图2-1有功功率测量原理图（两表法）W1表的有功功率：（2-6）W2表的有功功率：（2-7）三相有功功率：（2-8）（2）无功功率：同理，根据三相有功电表测量三相无功功率的原理图图2-2无功功率测量原理图W1表的无功功率：（2-9）W2表的无功功率：（2-10）则三相三线总的无功功率：（2-11）（3）视在功率：测量三相视在功率S的公式：（2-12）（4）功率因数功率因数C0Sφ等于有功功率和视在功率的比值，即：（2-13）2.3频率测量世界上许多国家在频率测量科学研究方面取得了许多成果。许多优化算法已经完成，原始优化算法在整个测量过程中必须花费较长时间，在整个瞬态过程中测量精度较弱。选择DSP技术完成频率可以优化算法，测量精度高，并且可能需要很短的时间。这个技术性对硬件配置有更高的要求。频率测量的关键优化算法是：(1)循环时间法：循环时间法是一种非常零交叉的方法。根据被测数据信号波形过零模式中间的总时间宽度计算频率。该方法的定义清晰且易于完成。公式为：（2-14）(2)解析法：根据数据信号观测实体模型的数学类转换，可以将待测f或Δf表示为样本值的显函数，但总体精度不高.2.4电网谐波测量电力系统谐波测量的重要指标值包括谐波分量、总谐波压降，有时还包括外观因素、波峰焊因素、谐波输出功率Pn、谐波特性阻抗Zn等。要准确测量谐波，必须找到合理的统计分析方法。2.4.1谐波统计分析方法电力工程系统谐波的准确测量可分为在线和离线两种。自动测量的关键是谐波抑制和无功补偿设备。这里，优化算法的实用性占主导地位，精度必须保证在一定的偏差范围内。仿真滤波法和快速傅立叶变换、快速傅立叶变换（FFT）和VSM三种方法（自变量检索法）基本满足要求。离线精确测量基本没有实际的规定。大家主要关心的是谐波分析的准确性。这时候历史记录有足够的分析时间，可以利用时频分析、神经网络和状态空间进行分析[3]。(1)使用仿真模拟带通或带阻滤波器准确测量谐波应用基于时域基本理论的模拟滤波基本原理，完成初始谐波检测。模拟并行处理滤波器谐波传感器装置的框架图如下图所示。从图中可以看出，键入信号被放大并发送到一系列滤波器。滤波器f1、f2、...、fn的管理中心频率是固定的。精确测量开关电源频率和f1<f2<……<fn（其中n为最大谐波次数），然后送至多路显示器指示总次数和强度中包含的谐波成分的测试。这种检查方法的优点是电源电路结果简单、成本低、输出阻抗低、品质因数非常容易操纵。但是，这种方法也有很多缺点。例如，滤波器的管理中心频率对元器件的主要参数非常敏感，对外界环境危害很大，不可能获得理想的幅频和相频特性。图2-3模拟并行滤波式谐波检测装置原理图(2)根据傅里叶变换的基本理论傅里叶变换是一种常用的谐波检测方法，用于检测基波和验证的次谐波。众所周知，傅立叶会引起频率混叠、频带泄漏和栅栏效应。如何减少此类危害是这项科学研究的关键挑战。可以根据适当的窗函数、适当的采样率选择或插值方法将危害降到最低。(3)根据神经网络的基本理论神经网络在电力工程系统谐波精确测量中的应用尚处于发展阶段。1.确定谐波来源。2、电力工程系统谐波预测分析。3.准确测量谐波。神经元网络是准确测量谐波的关键，包括网络配置、模式定义和优化算法选择。采用神经网络算法完成谐波和无功电流检测网络，不仅对有规律变化的电流具有优良的跟踪特性，而且可以快速跟踪各种受高频和无功电流不利影响的非周期性变化电流。根据神经网络的谐波检测方法，有很多优点。测量量小，检测精度高，实用性好，可检测所有谐波，抗干扰性强。但是，将神经网络技术应用于谐波检测存在很多困难，例如缺乏标准化的神经网络构建方法、明确模式总数的标准化方法以及训练成本高。此外，神经元网络新基础理论、新方法的科学研究和应用所需要的时间还很短，在实际实践活动层面还有很多地方需要改进。(4)根据小波分析的基本理论在时频分析作为谐波分析层次的应用上取得了重大突破。它在时域上摆脱了傅里叶变换的完整局域网，在频域上没有局域网的缺陷，即在时域和频域上都有局域网领域。利用小波分析将系统引起的高次谐波转换投影到不同的极限，清晰地显示出高次谐波信号的高频和特有的特性。特别是小波包具有进一步细分频率室内空间的特点。它为谐波分析提供了可靠的基础。根据包含谐波的电流信号的正交和小波分解，可以分析电流信号极限的溶解结果，应用定义可以将低频段（高极限）的结果视为无谐波的基波。几个屏幕分辨率权重值。根据这种优化算法，可以根据手机软件生成的谐波检测相位，快速跟踪谐波的变化。2.4.2FFT的基本优化算法傅里叶变换是一种将频域信号转换为时域信号的方法，是数据信号解析中经常使用的一种信号分析方法。非周期持续时间信号x(t)的傅立叶变换可以表示为：（2-15）上式计算出来的是信号x(t)的连续频谱。但是，在实际的控制系统中能够得到的是连续信号x(t)的离散采样值x(nT)，其中T是采样周期。因此，需要利用离散信号x(nT)来计算x(t)的频谱。假设经过采样得到了N点采样值{x(nT),n=0,1,2,...,n-1}，那么其频谱取样的谱间距为：可以推导出式上式的离散形式为：（2-16）2.4.3谐波含量的测量在交流系统中，如果电压和电流是发生畸变的周期性非正弦波，则可以将他们分解为傅里叶级数：（2-17）其中a0为直流分量，An和φn为n次谐波的幅值和初相角。an和bn为n次谐波的正弦项和余弦项系数：（2-18）（2-19）（2-20）在将电压电流波形进行离散采样的条件下，计算公式如下式所示：（2-21）（2-22）其中N为采样点数，fk为采样点标准值。在谐波成分的具体分析中，可以采用以下方法进行测量：可以先应用n点FFT优化算法测量基波和各次谐波的实部和虚部，然后求强度。测量相位差和强度后，即可测量各次谐波分量和总谐波分量。以工作电压为例，如果通过FFT优化算法(k=2...32)计算出的k次谐波的实部和虚部分别为Ur(k)和Ul(k)，则k次谐波为工作电压的幅值U和相位角θ各不相同：（2-23）（2-24）基波电压的幅值和相位也可以用类似的方法算出。电力系统中，通常用某次谐波幅值相对于基波幅值的百分数来反应该次谐波的含量，即：（2-25）式中，U0为基波幅值有效值。用总谐波畸变THD（totalharmonicdistortion）来反映总的谐波含量，其定位为：（2-26）式中，N为测试谐波的最大频率。根据GB/T14549-93《公用电网谐波电能质量分析》，低压电网工作电压谐波变化率应控制在5%以内。2.5三相对称和三相不平衡的定义三相系统可分为对称三相系统和异相三相系统。对称三相系统是三相输出功率（感应电动势、工作电压、电流）具有相同值、相同频率、相角为120°的系统。不符合这三个标准不等于三相系统。三相系统可分为平衡三相系统和不平衡三相系统。三相瞬时总输出功率与具体情况无关。这样的系统称为平衡三相系统。这称为不平衡系统。三相不平衡的定义根据对称分量法，三相系统的电能消耗可分为三个对称分量：正序分量、负序分量和零序分量。在电力工程系统的所有正常运行模式中，将负序分量的均方根值与正序分量的均方根值之比定义为输出功率三相不平衡的程度。（2-27）（2-28）式中εu，εi-三相工作电压不平衡度和三相电流不平衡度；U1、U2——工作电压正序和负序分量的均方根值，KV；I1、I2——电流正序分量和负序分量的均方根值，单位为KV。从公式计算可以看出，要测量三相系统的不平衡度，首先要测量三相系统的正序和补偿分量。根据对称分量法，可以通过精确测量每个功耗的幅度和相位差来获得三个时钟频率分量，但测量复杂。在具体工作中，通常只有三相电的值是已知的。在没有虚部的三相系统中，只需要知道三相功耗a、b和c。三相不平衡度可由下式求得，计算方法如下：（2-29）2.6电压波动电压波动被定义为电压均方根值相对快速或连续的一系列变化。变化周期大于工频周期。电压波动通常被描述为相对电压变化。电压波动值是一系列电压均方变化与标称电压下相邻两个极值之差的相对百分比，即：（2-30）式中:ΔU-两极值之差，KV；UN-系统标称电压，KV。国家电能质量标准规定，电压由大到小或由小到大的变化各算一次变动。同一方向的若干次变动，如果变动间隔时间小于30ms，则算一次变动。第三章低压电网监控系统硬件开发低压电网监控系统硬件配置的关键部分分为三部分：数据采集控制模块、最小DSP系统、DSP与上位机软件的通信系统。其中，数据采集控制模块关键是利用电流和电压传感器对电网的相电压和线电流信号进行转换，并对转换后的初始信号进行幅值转换、保护和滤波，以便在A点。正确识别/D改造电源电路，进行数据采集。最小DSP系统包括DSP芯片选择、电路设计、存储器IC设计、晶振电路设计、JTAG接口设计。DSP与上位机软件之间的系统包括COMS信号到RS-485脉冲信号信号的转换、光保护电源电路和Modbus网关IP。3.1数据采集控制模块设计方案3.1.1工作电压、电流、电压互感器及调理电路原理在具体的精密测量中，工作电压和电流信号的输入必须根据需要进行解析，才能作为采样设备的输入。这里大家使用SPT204A[10]变压器和SCT254A电流电压互感器，输出3.3V交流电流，精度高，线型好。SPT204A是微安高精度变压器。输入工作电压电流额定值为50V～1000V（串联电阻后），2mA，输出电压电流额定值为50mV～8V（运放输出），2mA。具有精度高、体积小、重量轻等特点，可立即焊接在印刷电路板上。变压器一次侧为660V，即Ui输入工作电压范围为50~1000V，输入工作电压以功率电阻R1为基准，所以SPT204A变压器一次侧引起额定电流。此时，在次级线圈侧产生相同的电流。运算放大器OP07的作用之一是根据调整意见反馈电阻的值，得到必要的工作电压输出值。系统将副边输出的2mA电流转换成-3.3V～3.3V的工作电压。其中，电容C2和电阻R4用于补偿相位角，电容C1为4001000pF的小电容，用于防震和滤波。C3具有抗干扰作用，但其值不能超过400pF。R1=660V/2mA=330K，R2=3.3V/2mA=1.65K（适用1.6K，因为一般没有1.65K的电阻）串联可调电阻R3来调节输出电压值。电压互感调理电源电路如图3-1所示。图3-1电压互感和调理电源电路图中串联的两个稳压电源抑制了工作电压或电流的瞬态影响，避免了电流或工作电压的突然升高。这也是它的原理：当工作电压或电流突然变化时，将两个直流电压固定在预定值，防止下一个电路元件被暂时的高效能量损坏。电流电压互感器SCT254是一款高精度电流电压互感器。转换器额定电流为5A，输出电流为2.5mA。操作方法类似于电压互感器。图3-2电流互感及调理电路3.1.2抗混叠电路原理奈奎斯特采样定理要求采样率必须至少是信号较大频率的两倍。对于谐波精密测量系统，采样率必须至少是被测信号波较大谐波频率的两倍。选择系统中测得的最大谐波作为系统的三次和二次谐波，采样率为64点，单周期采样。由于被测信号中含有谐波成分，谐波会影响数据监测，造成测量不准确。因此，需要在检测前过滤谐波，以减少检测偏差。因此，系统必须添加抗锯齿来解决问题。抗混叠是为了更好地避免谐波混叠对系统数据监测的影响，滤除测得的最大谐波以上的谐波成分[4]。本系统选用的方法是根据变压器和电流电压互感器采集到的信号，通过抗混叠滤波器滤除32次以上的谐波。对于低通滤波器，其技术指标包括：通带截止频率均为ωp及在ω=ωp处得衰减αp：（3-1）因为本系统所使用的方法是使电压和电流互感器采集进来的信号经过抗混叠电路，滤除32次以上谐波，所以通带截止频率Ωp=2π×32×50rad/s，阻带截止频率Ωs=2π×32×100rad/s，通带内所允许的最大衰减αp≤3dB，阻带内所允许的最小衰减αs≥20dB。求巴特沃斯滤波器阶数：（3-2）（3-3）（3-4）（3-5）（3-6）所以，近似采用四阶巴特沃斯滤波器，四阶巴特沃斯低通滤波器由两个二阶巴特沃斯滤波器串联而成，其电路图如下图所示：图3-3二阶巴特沃斯滤波器求归一化极点pk：（3-7）（为了使系统稳定，取pk在s平面左半面的N个根作为H（p）的极点，因此取N=4）归一化传递函数H（p）的表达式：（3-8）将H（p）去归一化，得到滤波器传递函数H（s）：（3-9）根据滤波器的快速设计方法，在带内增益Av=2、通带截止频率fp=1600Hz、品质因数Q=0.707的情况下得出滤波器参数为C1=C2=0.01μF，R1=7.0375K（使用标准电阻中的6.98K代替），R2=14.0625K（使用标准电阻中的14K代替），R3=R4=42.2K。这样通带截止频率为：（3-10）与系统要求的通带截止频率10054Hz差距不大。3.1.3锁相环电路原理在准确测量电网主要参数时，同步采样对于实时信号的准确测量非常重要。同时，采样有助于通过减少频带泄漏来减少不准确度。为了在信号的一个周期内采样64个点，并使采样率与输入波形相同，需要设计硬件配置的锁相环供电电路。没有硬件配置供电电路的参与，尽量接地类似。DSP中的同时采样减少了谐波分析中的计算误差。锁相环的含义是具有相同相位差的自动控制系统。能够执行两个相位差相同的电信号的闭环控制系统称为锁相逻辑（PhaseLockedLogic，俗称PLL）。锁相环的关键由三部分组成：鉴相器（PD）、带通滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）[5]。在由相位差检测器PD、带通滤波器LPF和压控振荡器VCO组成的锁相环中增加了N分频器。fi型是测得的信号频率，作为锁相环的参考频率。输出fo是采样率。Fo除以N后，与fi进行比较。如果按照锁相环原理固定，则fo/N=fi，即fo=Nfi。由于锁相环的实时跟踪，当被测信号的频率fi发生变化时，电源电路可以自动快速跟踪锁定，实现fo/N=fi从头到尾的相关性。频率是将被测信号的频率乘以一个整数（N），在一周内等间隔采样N个点，可以从源头上摆脱上述手机软件同时采样的问题。基本上，框架图如图3-4所示。图3-4PLL存储器超频电路设计图本文采用集成CMOS集成icCD4046作为锁相环供电电路的关键，供电电压范围宽（3V~18V）、输入特性阻抗高（约100M）。上图为CD4046的针脚顺序，采用16针调心轴承直列式。每个管脚的作用是1管脚相位输出端，是闭环控制的上拉电阻，闭环控制的低频锁。这也是2脚相位差电压比较器I的输出端,3脚是信号输入端。上拉电阻中的5脚是禁止和严禁的，允许压控振荡器工作在低频。引脚6和7接收外部振荡功率电容器。8、16脚开关电源的正负极。9脚压控振荡器控制端。这也是一个用于FM调制解调器的10针调制解调器输出端子。11、12脚外接振荡电阻。13脚相位差电压比较器II的输出端。14针信号输入端。15针内部独立稳压电源为负极。图3-5CD4046引脚布局图CD4046的相位差检测器PDI规定，信号在进入CD4046之前是基于正弦波形。由于两个输入信号的PWM占空比必须为50%（即波形），才能最大化利润，锁定类别。并且由于工作电压信号是双光信号，ADS8364必须以0-5V作为输入工作电压，所以采用迟滞比较器降低工作电压脉冲信号进行转换。电源电路如图3-6所示：图3-6工作电压转换电源电路由锁相环CD4046和串行分频器CD4040组成的锁相环存储器超频电源电路如图3-7所示。输入工作电压信号按14脚接CD4046的相位差电压比较器。经过锁相环后，CD4040的13脚输入到CD4046的3脚。信号频率f2匹配。F1初始输入信号。此时CD4046产生128倍频率的单脉冲，从CD4040的CLK端输入，CD4040的9~5号端口分别匹配1、2、4、8分频器的输出。根据其自身，需要特定的硬件配置设置。例如，如果信号必须减半，请使用引脚7作为输出端口号。图3-7锁相倍频电路3.1.4六通道A/D采样电源电路为了更好地保障电网安全运行，掌握电网运行状况，需要对电网的各种主要运行参数（三相电压、电流和功率因数）。无功负载等），因此选择ADS8364作为电力网络视频监控系统中的采样集成IC。过去，三相六主要参数的精确测量是基于多个模拟开关和一个A/D转换器共享资源来进行的。不仅电源电路复杂，成本增加，而且采样直径时间和元件也存在问题。ADS8364可以同时获取6路信号，极大地防止了由于时间差导致的误采样，简化了精确测量电源电路的执行，保证了精确测量的准确度和精度。ADS8364是一款6通道模拟模拟输入、16位并行处理输出移位系数转换器。6路模拟输入分为3组（A、B、C），每个输入端都有一个维持信号，完成所有通道的同步采样和转换，特别适合多通道采集的需要系统。ADS8364由于具有方便快捷的并行接口，可以在立即寻址、循环系统采样和FIFO三种模式下工作，每个通道的输出数据信息可以作为一个16位字立即使用。ADS8364的最大输出功率可达5MHZ，采样/转换可在20个转换指令周期内进行。ADS8364的六个通道可以同时采样和转换。最大响应速度可达250Kb/s。ADS8364采用5V工作标准电压，具有80dB共模抑制的全差分信号输入通道、6个4us多闭位移系数转换器和6个差分信号采样放大器。REfin和REFout引脚内部还有一个2.5V参考工作电压。ADS8364的差分信号输入可以在-VREF和VREF之间切换。三个维持信号（HOLDA、HOLDB、HOLDC）可以运行特定通道的转换。当同时选择三个维持信号时，转换结果存储在六个存储器中。对于每个实际加载操作，ADS8364输出16位数据信息。详细地址/模式信号（A0、A1、A2）允许您选择从ADS8364获取数据的方法。还可以选择单通道、单循环时间或先进先出模式。当ADS8364的HOLDX保持至少20ns的低频时，转换是逐渐进行的。这种低频使得每个通道的采样和维持放大器可以同时保持，从而允许每个通道同时运行一次转换。当转换结果存入输出存储器时，引脚EOC在指令周期的大部分时间保持低功率频率。另外，根据设置RD和CS为低工频，输出可以单独连接到并行处理输出系统总线[6]。ADS8364的六个输入通道可分为三对，方便在电力监控应用中进行三相精确测量，将模拟的模拟信号转换为DSP或微控制器所需的数据信号。6个片内采样保持放大器的信号输入为完全差分信号，在ADC输入期间将保持不变，从而在500KHz下实现了80dB的优异共模抑制比。它在噪声的自然环境中对抑制输入噪声起着关键作用。ADS8364独特的并行接口可连接6个FIFO存储器，促进快速数据信息采集。每个通道的输出字（详细地址和数据信息）为16位。其中，CHA0、CHA0-~CHC1、CHC1-为6个模拟模拟输入通道，每个通道有两个输入引脚。系统软件采样完成后，采样/保持放大器自动设置为维护模式，保持采样信号。通道选择方法A2A1A0（如表所示）的值决定了转换结果的哪个通道将被发送到输出到FIFO存储器。表3-1地址模式真值表（1）ADS8364芯片特性如下:①六通道同时采样②全差分输入③每个通道转换时间2uS④保证无失码⑤并行接口⑥低功耗:50mW⑦6个FIFO寄存器(2)ADS8364集成IC的原理如下ADS8364包含2个可同时工作的12位A/D转换器和三个保持信号（/HOLDA、/HOLDB、/HOLDC）来选择输入多路复用器并运行A/D转换。如果这3个维持信号同时合理，6个输入信号和转换后的数据信息可以同时保存在6个存储器中。模拟模拟输入信号一般有两种方式：单端输入和差分信号输入。对于单端输入，-IN输入保持共模电压，IN输入为模拟模拟信号。对于差分信号输入，输入信号的强弱就是IN和IN之间的误差。如±2.5V、±5V、±10V，可根据图中电源电路转换成0V~5V的输入范围。图3-8双极信号转单级信号示意图当保持信号/HOLDX变为低频（=20ns）时，立即保持相应通道的输入信号，只需要ADC备用。如果有其他通道，可以进行A/D转换。此时，在保持这种情况的同时，通道等待上一个通道进行转换，然后进行A/D转换。如果所有通道都保持在同一指令周期内，则首先转换通道CHA，然后转换通道CHB，最后转换通道CHC。另外，如果通道在整个A/D转换过程中产生了维持信号，此时维持信号就失效了。如果通道没有渐变的新过渡，则维持信号可以保持低频，但是当新过渡逐渐时，维持信号必须先变成上拉电阻（=15ns），然后变成低频。(3)ADS8364的接口设计ADS8364采用5V模拟模拟开关电源（AVDD）和数据开关电源（DVDD），内部油压缓冲器采用与TMS320F2812相同的3.3V工作电压。缓冲器工作电压(BVDD)允许立即连接到3V或5V工作电压系统软件。TMS320F2812的I/O工作电压为3.3V，所以如果应用这部分，ADS8364的BVDD应该设置为3.3V。在此设计中，ADS8364使用4MHz数字时钟。每个通道的响应速度达到200Kb/s。将ADS836的详细地址线A[2:0]连接到TMS320F2812的详细地址线。当A0连接到数据地时，A2和A1连接到VCC以强制ADS8364进入周期时间模式。在这种模式下，转换器可以自动对6个通道进行采样，并按照A0到C1的顺序将数据信息发送到输出端。将ADS8364的BYTE引脚连接到VCC以启用字节计数模式。在这种模式下，每个通道必须进行2次连续的加载操作，才能正确地从ADC获取数据。第一次加载是转换后的数据信息的高字节，第二次加载是低字节。如果通道信息内容是数据信息输出的一部分，则ADS8364的ADD引脚也必须连接到VCC。采集数据时，ADS8364的每个通道必须进行3次实际加载操作。第一次加载通道和数据信息，后面2次加载左右数据信息。ADC复位实际操作开启ADS8364的校准引脚RST，强制将表针加载到第一数据信息部分。作为TMS320F2812复位的一部分，在ADS8364的RST引脚上给出了TMS320F2812的通用输入和输出端口号GPIOF0。当系统软件数字时钟稳定后，转为低频，使ADC的数据信息输出与通道阵列A0、A1、B0、B1、C0、C1相匹配。对于每个转换通道，EOC是一个低频信号。ADS8364可以给TMS320F2812提供3个单脉冲，每个单脉冲信号表示转换完成。EOC引脚也可以连接到TMS320F2812的终端引脚以打开负载周期时间。ADS8364的片选CS为边沿低频输入信号。CS为上拉电阻时，并行处理输出引脚为高特性阻抗。CS为低频时，手机充电线的并行处理反映了输出油压缓冲的现状。为了从ADS8364并行处理系统总线正确获取数据，必须在ADS8364获取数据之前由片选CS选择。ADS8364上的读（RD）信号完成也是一个合理的低频信号。当CS为低频时，ADS8364的存储器内容在负载信号(RD)的下降沿升级。这意味着在加载每个编码序列之前，必须打开RD信号，以便升级输出缓冲区。TMS320F2812的终止程序段允许ADS8364的RD引脚设置为低以存储输入数据信息，然后RD引脚可以设置为高[7]。图3-9ADS8364与TMS320F2812的接口电路图3.2DSP最小系统设计方案为了更好地完成DSP的求解和计算，必须至少配备DSP，并且必须在总体目标板的设计方案中规定在线调整。遵循最小系统的基本设备设计方案。3.2.1TMS320C2000简介TMS320C2000系列产品DSP是TI继第二代指定DSPCPUTMS320C2X和第三代指定DSPTMS320C5X之后，推出的一款低成本、高性能的指定DSP芯片。它包括三个子系列产品：TMS320C20X和TMS320C24X。该产品的主要特点是：处理速度：单个周期时间命令的执行时间为50ns、35ns或25ns。换句话说，计算级别是20MIPS、28.5MIPS或40MIPS。兼容模式：TMS320C2000系列产品完全兼容所有DSP芯片源代码，同时TMS320C2000产品系列向上兼容TMS320C5X产品系列。也就是说C5X是C2000的超集，所以写代码。TMS320C2000升级后可在TMS320C5X上运行。On-ChipMemory：TMS320C2000具有不同的总RAM和ROM运行内存，有些芯片还具有闪存。LF240X具有高达32K字的上层闪存芯片程序存储器。使用闪存芯片存储综艺节目不仅可以省钱，还可以减少笑声。并且系统更新更方便。以上资源分配：TMS320C2000系列产品DSP芯片资源分配更方便。现阶段，该系列产品有10多种不同的芯片配置，CPU结构和系统控制步骤都一样，所以源代码是一样的。唯一的区别取决于网格图的上层存储设备和片上外部设备。功能损耗：TMS320C2000选用静态数据性能优异的5V或3.3VCMOS技术，大大降低了控制板的功能损耗，提高了控制板的实时处理效果。应用：TMS320C2000系列产品的DSP架构专为实时处理和实时信号分析而设计。以上提供的外接设备是自动控制系统应用的理想解决方案。其中选用C28X系列通用定时器、脉宽调制PWM电路、捕捉器、光电编码器插座、A/D转换器、串行通讯插座、CAN控制板、看门狗1等片上外部器件，DSP用于智能系统。大量资源已投入到精密测量与操控、电机控制系统和电力电子技术等行业。TMS320F2812是英国TI公司的新型DSP芯片。是国外市场上性能最好、功能最强大的32位系统指定DSP芯片。具有数据信号分析能力及其强大的事件管理方法和嵌入式控制，特别适用于需要大规模数据处理方法的测控技术场所。近年来，DSP技术在一些供电系统商品中充分发挥了其优势。3.2.2DSP最小系统硬件电路设计1、电源电路图3-1012V转5V电路图可靠的开关电源是系统软件可靠运行的基础。充分考虑DSP核的工作标准电压为1.8V，I/O的工作标准电压为3.3V。一般外部设备的工作标准电压为5V。这三个工作标准电压必须给出[8]。先根据外接电源适配器得到5V工作电压，再将12V工作电压转换为7805，得到5V标准工作电压。随后，5V工作电压根据低压差线性可调稳压电源（LDO）转换为3.3V和1.8V。开关电源采用Sipex公司的SPX1115系列LDO芯片进行工作电压转换。LDO芯片系列产品输出电压精度在1%以内，具有过流保护和热维护，成本低，广泛应用于便携式设备、数据家电和工业控制系统。在应用中，通常在输出端连接0.1uF或47uF电容，以提高瞬态响应和可靠性[9]。实际连接如图3-11所示。图3-11DSP开关电源电路2.欠压校准电路TMS320F2812的校准引脚为/RESET，低电源频率合理。系统软件中增加了开关电源监控电路，防止开关电源未达到规定电平时对DSP芯片进行操作。在这里，TI的开关电源监控芯片TPS3307-18用于完成电源系统。DSP监控。图3显示了最小DSP系统的校准电路。该电路配有手动复位开关。开启时，输出电压指示欠压保护情况。TPS3307检测到这种类型的跳变后，会在/RESET端输出200ms以上的低频，并强制进行DSP校准。图3-12欠压校准电路3.数字时钟电路DSP的数字时钟电路大致分为晶体电路、晶体振荡器电路和可编程控制器数字时钟芯片电路三种。并且由于系统软件必须有多个不同频率的时钟信号，故选用可编程控制器数字时钟芯片电路。如果使用单独的时钟信号，则选择晶体数字时钟电路。如果使用多个相同频率的时钟信号，则选择晶振电路数字时钟。这也是选中的。电路已选定。利用DSP芯片的PLL降低片外时钟频率，提高系统软件的可靠性。本文为单时钟信号，选用的DSP为TMS320F2812，时钟信号脉冲信号为1.8V，给晶振电路。DSP内部的PLL(Phase-LockedLoop)控制模块用于操控DSP内核的输出功率，根据PLL内存，将外界给出的超频或分频后给DSP内核的参考数字时钟输入。文中使用的外部晶振电路为标准的30MHz，乘以5倍的PLL，使得DSP内部时钟频率为150MHz，CPU指令周期为6.67ns。实际电路如图3-13所示。图3-13数字时钟电路4.JTAG电路JTAG插座提供DSP内部闪存编程和模拟调整。此功能必须配合手机软件，功能的实际完成由实际手机软件决定。JTAG插座为国标，该部分的引脚定义不能随意更改。在这个设计中，它有一个标准的14针电源插座，仿真器可以用它来调整整个目标板。实际连接如图3-14所示。图3-14JATG插座电路5.扩展RAM电路程序流程一旦写入DSP的上层闪存芯片，就不能用于在线调整。因为写入闪存芯片的程序流程无法暂停，更不用说断点调试了。同时，系统软件的片上数据信息和程序存储器容量也相对有限。为了更好地存储大量临时数据信息，模块根据片外数据信息和计算机字长扩展了SRAM芯片IS61LV25616。体积为256×16bit，存取速度为10ns，适用于快速快速的数据存储结构。IS61LV25616使用CS6数据信号进行片选。电路连接如下图所示。图3-15外扩RAM接口电路3.3DSP与上位机软件通讯3.3.1串口通讯传输的作用使用TMS320F2812的串口通讯传输功能，用您当前的电脑检测数据信息。数据采集时，用于检测的母机一般称为母机，采集终端设备称为从机。主机与从机通信时，必须遵循一定的配对。系统软件的设计必须符合串行通讯协议。在电子计算机中，信号脉冲信号为TTL型，即≥2.4V表示逻辑“1”，≤0.8V表示逻辑“0”。因此，这种类型的数据信号用于远距离发布时，不可避免地会出现衰减系数和丢帧，传输到协调器后无法识别。长距离通信中数据的顺畅传输，调制解调器是最好的助手。调制解调器和计算机软件按照网线连接，调制解调器按照TCP/IP-RTU转换器MGateMB3180连接终端设备。调制解调器和调制解调器按照公网线路连接，MGateMB3180机器设备可以将TCP/IP协议数据信号转换为RTU数据信号。3.3.2通信系统硬件开发简介上位机软件数据信息控制组件的通讯就是完成上位机软件与TMS320F2812单片机给出的串口通讯之间的数据传输和传输。TMS320F2812根据串行线SCITXD和SCIRXD输出。选择Modbus协议RS-485脉冲信号传输，连接MGateMB3180，输出转换成TCP/IP协议数据信号，连接modem，连接上位机软件。为了更好的保护线路板在矿井复杂的电磁感应自然环境中不被吞噬，工作电压消散，抗干扰对策提高。DSP和RS-485转换器芯片之间连接了一个光耦，使它们中间的保护将它们都接地。1.ModbusInternet通讯协议电路系统软件通信控制模块及通信控制模块电路原理图如图3-17所示。DSP的通讯协议经过保护后，再进行提升，再与Modbus数据连接。图3-17通讯控制模块电路原理图保护装置采用光导体和绝缘体6N137，其结构基本原理如下图所示。6N137光耦合器是一种多通道快速光耦合器，它包含一个光波长为850nm的ALGaAsLED和一个集成检测器。探测器由光电二极管、功放线性运放电路和肖特基钳位组组成。电结引线晶体管。它具有温度、电流和工作电压补偿功能，高I/O保护，LSTTL/TTL兼容，速度快（通常为10MBd），5mA小输入电流[10]。数据信号从引脚2和3输入。发光二极管发出的光根据内部光安全通道到达光电二极管，在相反方向的参考点处的光电二极管被打开和关闭并转换为跟随者的键入端。电流强度转换门的另一个输入端是有源端。当有源端为上拉电阻时，输出上拉电阻。光隔离器输出三极管反接后输出低频。当输入数据信号电流小于开启阈值或终端可以低频时，输出为上拉电阻，但此逻辑上拉电阻为集电极结引线。可以加一个上拉电阻或稳压管电路。使用引脚2作为输入，并将引脚3连接到接地设备。真值表如下表所示，与与非门的传输相匹配。如果在整个传输过程中不想改变原来的逻辑条件，可以接下表中的3.2脚上拉电阻。系统软件使用的通讯驱动芯片为RS-485接口芯片MAX487。实际的硬件配置电路如图3-18所示。图3-18通讯协议电路图图中的光电耦合器6N137避免了DSP和MAX487之间的完全电气连接，提高了运行的稳定性。基本概念是：软件定义DSP的空闲引脚GPIOA7作为DSP与上位机软件的通信，所以当GPIOA7=1时，光耦的发光二极管会亮。光敏三极管导通和关断，输出高电压（5V）。选择RS-485接口芯片的DE端允许传输。如果DSP的发光二极管或光耦不亮，且光三极管不亮或不灭，选择低电压（0V），选择RS-485接口芯片的RE端。2.Modbus网关ip为了更好地进行ModbusRTU和TCP/IP协议之间的转换，本文采用MGateMB31801端口基本Modbus网关ip。MGateMB3180同时兼容16个ModbusTCPmaster连接，每个端口号可以连接3个RTU/ASCⅡ从设备。机器设备串口波特率：50bps~921.6kbps，关键工作电压：12~48V直流电源，电磁感应保护与维护：内置1.5KV，串口通讯标准RS-232/485/422，手机软件选择，电口类型DB9公头工作温度：0~55℃储存温度：-20~70℃因为本文串口选择RS-485，传输介质选择双绞线，所以，输入口只使用DB9的2、3、5号口，即RXD、TXD、GND。3.4硬件配置电源电路抗干扰对策为了融入供电系统中强干扰信号的自然环境，在硬件配置电路原理上考虑了相应的抗干扰对策。(1)电源插头设计方案：根据PCB电路板的电流量，增加电源插头的总宽度，以降低回路电阻。同时，确保电源插头和地线的方向与传输数据的方向匹配，以提高噪声维护能力。(2)接地线设计方案：将数据接地装置与模拟接地装置分开，采用大面积线接头。随着地线总面积的增加，“地电阻”与另一个元件的连接地址之间的特定电位差可以大大降低，接近理想的“地”电位差。对于大面积的接地线，会损害彼此之间的电磁感应耦合，因为大部分元件都可以就近接地。(3)配备去耦电容：在印刷电路板的每个关键部位配备合适的去耦电容，去耦电容会尽快接到开关电源引脚。开关电源输入及接线端子排应接在10F和0.1F功率电容之间，以减少开关电源与数据接地装置之间的高频耦合。(4)系统软件的电源电路既有数字电路设计，又有数字集成电路。为了合理保护数字电路设计和数字集成电路，防止相互影响，采用两板制造方式为系统供电。3.5调整部分调整部分包括硬件配置调整和自动化测试。硬件配置的调整是为了更好地保证最小系统中的每个控制模块都得到适当的配备。首先，仔细检查电路板是否断开或短路。其次，确保电子元件正确焊接，确保没有不正确的焊点。通过打开开关电源，根据数字示波器准确测量晶振电路的周期时间和频率，可以检查电路、晶振电路和延时电路是否工作正常。在确保外部现场硬件配置电源电路相互配合并配备集成IC现场控制模块的标准下进行自动化测试。首先根据TI或第三方提供的模拟器连接到PC。如果CCS运行成功并且可以检查CPU，则硬件配置部分合适，必须编写测试代码来调整每个现场控制模块。下面的测试可以在这个最小的系统软件服务平台上进行。根据串口通讯、I/O口应用，基本优化算法完成数据采集系统测试。最小系统软件板是DSP自动控制系统的核心部件，对DSP系统软件的进一步发展趋势起着关键作用。在具体应用中，可根据功能扩展必要的控制模块。例如，可以升级CPLD控制模块来降低系统软件外部设备的复杂度，可以提高系统软件的编解码率来满足这个作用。第四章电网检测终端设备软件开发软件开发是电网监管终端设备设计的关键。手机软件的优劣，不仅关系到仪器检测功能的完成，还关系到检测终端设备的稳定性和便捷性。因此，它是每个人工作的关键。充分考虑系统需求的实用性，电网监管终端设备系统软件源程序采用C语言编写，部分实时数据处理方法和数据统计分析选用汇编程序。该设备的日常主要任务是在线检测、数据统计分析以及与上位机软件的通信。手机软件的关键作用由以下几部分组成：(1)电能质量分析主要参数的实时准确测量：输入数据信号的A/D转换。(2)电能质量分析数据统计分析：三相电压电流幅值相位差，各次谐波电流及频带，电流电压谐波电流系数和总谐波电流系数，工作电压电流有效值，数据可视化输出功率、功率因数、无功负载、功率因数、工作电压波动、三相电压不平衡等(3)通讯功能：DSP与上位机软件进行数据通讯，提交电网波形数据信息和电网主要参数值。4.1通信过程及其实现在整个通信过程中，主控芯片PC根据当前内容不断向从机发送观看指令，并操纵从机DSP控制模块提前准备好随时随地响应主控芯片指令。串口通讯为了保证即时通讯，选择中断方式来接受和发送帧。在程序流程的可靠性和可扩展性方面，该装置的通讯程序流程分为6个控制模块：通讯复位、中断接受、帧解析、CRC校验、通讯存储器更新和通讯操作。设置通讯串口波特率为9600bit/s，通讯文件格式为8个数据位[11]。4.1.1服务器通信步骤当服务器发送指令时，会造成中断。这时候如果服务器一定要通信，就要区分通信情况是否空闲。只有当通信情况空闲，控制字中有命令时，服务器才会将其转换为命令帧，然后逐步传输数据，发送给从机查看发送指令和设置通信条件。如果通讯情况是Bus，则检查是否收到从机发送的数据信息，收到数据信息后，去掉接受标志，检查CRC。如果CRC校验合适，则分析接收到的数据信息，同时将通讯状态复位为spare。如果服务器在特定的接受时间内没有收到从机的合理响应，则必须再次发送并检查消息格式。如果在特定的重传频率后没有合理的响应，从机可以感觉到通信不成功。将不正确的日志加载到显示对话框中。服务器通信流程图如图4-1所示。图4-1主机通信流程图4.1.2从机通信步骤从机通信程序段的关键是读取数据、存储数据信息、校验CRC、响应服务器。当从程序流程进入中断系统服务时，中断控制模块接受来自服务器的请求帧。只有在加载了详细的请求帧后，从程序流才会解析服务器发送的命令。帧分辨率控制模块使CRC校验控制模块计算出需要的帧数据信息，并与接收到的CRC值进行比较。如果CRC校验不正确，则关闭帧分辨率控制模块，丢弃不正确的帧。换句话说，如果从站没有响应来自服务器的检查，则检查失败，从站再次等待。只有CRC校验正确，从机才会进行下一步，并准备提前生成响应帧。从机根据主请求帧中的具体内存内容，从匹配的通信内存移到存储区，启动CRC控制模块测量新的CRC值，并生成响应帧。响应帧产生后，严禁从设备中断接收，中断传输即可。程序流程跳转回中断系统服务，从设备预先准备好的数据信息从串口通信传输到服务器。当slave数据信息发送时，slave程序流程关闭发送中断，也可以接受中断，提前准备好下一个来自服务器的查看命令。每次程序流程自动跳转到中断系统服务时，一定要检查中断标志寄存器，以确定是否发生了接受或发送中断。从机通讯程序流程图如下图所示：图4-2从机通信流程图4.2Modbus通讯荷兰施耐德的公司发展战略，适用于电力线通信的应用。Modbus/TCP现在是电力线通信的事实上的标准，它促进了传感器和设备级以太网接口的使用。ModiconPLC可以相互通信，也可以与互联网上的许多其他设备进行通信[12]。适用的Internet包括Modicon的Modbus（以MB表示）、ModbusPlus(MB)和电力线通信，例如MAP和以太网接口。Medicon市场上销售的控制器和网络适配器、可选控制模块和网关IP中嵌入的端口号可以基于Internet浏览数据信息。在其他互联网中，包括MB协议的报文被放入互联网的帧结构或数据文件结构中，Modbus/TCP描述了控制器浏览其他设备和数据信息、设备响应和不符合的全过程，检查并报告。Modbus/TCP协议是基于Modbus协议的基本发展趋势。那么，首先介绍一下Modbus协议。4.2.1Modbus协议介绍Modbus是一种工业控制系统的网络层协议。它是施耐德企业最初倡导的一种通信协议。大多数公司专门使用后，才慢慢被认可为一种标准化的通信协议。Modbus基于对外开放的标准化通信技术，为客户降低开发、设计和维护成本。该协议允许控制器之间基于互联网（如以太网接口）相互通信，以及控制器与其他设备之间的通信。这已成为通用的国家标准。该协议定义了控制器可以识别和应用的消息结构，无论控制器在何种Internet上进行通信。描述控制器请求浏览其他设备的全过程，如何响应其他设备的请求，如何检查和记录错误。为消息域的结构和内容开发了一种通用文件格式[13]。4.2.2Modbus协议传输方式在ModbusInternet上通信时，协议规定每个控制器必须有详细的设备地址，识别从详细地址发送的消息，并决定采取哪些操作。当需要响应时，控制器将反馈信息的内容进行转换，并使用Modbus协议进行传输。控制器通讯选用主从关系技术。这意味着只有一个设备（主设备）可以传输（查看）。其他设备（从设备）根据主设备给出的数据信息做出相应的响应。主设备可以独立与从设备通信，也可以以广播节目的形式与所有从设备通信。在独立通信中，从设备返回消息响应，但在观看广播节目时不响应。Modbus协议为：文件格式中设备的详细地址、功能码、所有要传输的数据信息、主设备创建的错误检测域查看。来自设备的响应消息还包括Modbus协议，其中包含确定实际操作的字段名称、要返回的数据信息以及不正确的校验字段名称。如果接收消息时产生错误消息或从设备无法运行命令，则从设备将其转换为错误消息并作为响应发送。如果Modbus协议在不同类型的Internet上传输，则无需考虑标准Modbus的具体作用。有些Modicon控制器型号和规格可能会根据Modbus系统更新使用内部端口号或网络适配器进行通讯，或者使用电源适配器在互联网上进行通讯。在其他互联网中，控制器采用点对点技术进行通讯，让控制器在独立通讯的全过程中充当主网或从站。几个内部安全通道一般允许主从传输的整个过程同时进行。就报文而言，Modbus协议是一种“点对点”的通讯网络方式，但还是给出了主从关系的基本原理。当控制器发送消息时，它充当主站并期待从站的响应。类似地，当控制器接收到消息时，设备会设置响应并将其发送回发送控制器。4.2.3查看-简历循环系统查看：查看消息中的角色代码，通知选择的从设备执行哪个角色。数据信息段包括与从设备要执行的角色相关的附加信息内容。例如，动作代码03指定从设备加载存储设备并返回其内容。数据信息段必须包含要传输给从设备的信息内容。要加载的内存总数和要加载的内存总数。验证域是否为从设备提供了验证消息内容的适当方式是不正确的。响应：如果从设备引起所有正常响应，则响应消息中的动作代码是对检查消息中动作代码的响应。数据信息段包括从设备收集的数据信息：如内存值或条件。当不正确时，改变动作码表示响应消息无效，数据信息段包含描述错误消息的代码。错误的检查域允许主设备澄清消息内容是否可用[14]。图4-3查询-回应循环周期及原理图4.2.4Modbus消息帧Modbus通信协议有两种消息帧文件格式：ASCII和RTU。Modbus通讯系统只能选择其中一种方式，不允许两种方式混用。ASCⅡ法：当控制器配备在ModbusInternet内以英国信息交换标准码（ASCII）进行通讯时，ASCII逐渐使用炊具标识符（ASCII码3AH）并以回车键和回车字符（ASCII码ODH，OAH）完成）。传输标识符为十六进制，消息的每个8位字节作为两个ASCII标识符发送。图4-4ASCⅡ模式RTU模式:当控制器设置为在Modbus网络上以远程终端单元(RTU)模式进行通信时，消息的每个8位字节包含两个4位十六进制字符。这种方法的主要优点是在相同的波特率下可以比ASCII方法传输更多的数据。每条消息都必须作为连续的信息流发送。图4-5RTU模式在两种传输方式（ASCII或RTU）中，push设备将Modbus报文格式转换成有开头和结尾的帧，这样接收设备就可以从报文格式的开头开始工作，加载详细的地址分配信息内容，有些消息也可以设置为检查不正确并返回结果。4.2.5校验码为了避免出错，保证通讯的稳定性，标准化的Modbus协议有两种数据信息校验方式：LRC（垂直检测）和CRC（循环系统检测）。LRC用于确认ASCII模式下的传输。确认码是两个ASCII字符。建立方法是对帧头到帧尾的字符进行异或运算。CRC用于确定R