一种基于双MSP430的配电变压器监测终端系统的制作方法

本实用新型涉及变压器领域，尤其涉及一种基于双MSP430的配电变压器监测终端系统。

背景技术：

随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，我国的电力事业迅速发展，电网不断扩大，用户对供电质量和供电可靠性的要求也越来越高，这就要求电力供应部门提供安全、经济、可靠和高质量的电力。电力系统的现代化成为我国电力事业发展的必然趋势，而配电自动化则是其中一个重要的组成部分。

配电自动化系统是集计算机技术、自动控制技术、数据通信技术以及相关电力系统技术于一身的信息管理控制系统。配电变压器监测终端，又简称TTU（Transformer Terminal Unit）是配电自动化系统的中的重要组成部分，它在配电自动化系统中主要完成对于配电系统实时数据如电压、电流等的采集，实现对配电变压器的实时监测，保障配电系统的可靠运行。同时为了提高设备的利用率，还要相应地具备无功控制的功能。

国内已经有科研单位和厂家推出了变压器监控终端产品，并投入运行，取得了一定的效果。总的来说，已经推出的产品具有一定的技术应用价值，得到了一些用户的认可，但仍有如下一些缺陷。

（1）大多使用专用的计量芯片，专门的外部接口电路，具有电路复杂、功能单一、价格昂贵等缺点。

（2）从功能上看，精度低、不能进行谐波分析及电能计量、电压质量统计功能简单等。

（3）从硬件技术上看，现有产品大多使用较多外围扩展模块，系统的成本较高；使用较低速率和分辨率的A/D转换器，交流采样精度和计算、处理能力不够；未使用大容量FLASH存储器，配变数据存储量和时间不能满足非实时通讯情况下应用要求，而且容易丢失；未考虑与配网自动化多种通讯方案接口，预留通讯接口不够等缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于双MSP430的配电变压器监测终端系统，以解决上述现有技术中存在的问题。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种基于双MSP430的配电变压器监测终端系统，包括一级CPU、二级CPU、信号采集与调理单元、I2C总线电路单元、看门狗单元、输出单元和通讯模块；所述信号采集与调理单元的输入端采集变压器的三相输出电压信号和电流信号，所述信号采集与调理单元的输出端连接一级CPU的输入端；所述一级CPU的输出端分别与所述二级CPU、所述看门狗单元、所述输出单元的输入端连接；所述一级CPU还分别与所述通讯模块和所述I2C总线电路单元呈双向连接。

其中，所述信号采集与调理单元是由电压/电流互感器组和信号调理电路构成；所述电压/电流互感器组的输入端采集变压器的三相输出电压信号和电流信号，其输出端与所述信号调理电路的输入端连接；所述信号调理电路的输出端与所述一级CPU的输入端连接。

其中，所述一级CPU和所述二级CPU均采用的是MSP43OF149芯片；所述一级CPU是负责配电变压器监测的功能的CPU单元；所述二级CPU是MMI单元；所述一级CPU和二级CPU之间通过SPI总线相连，实现控制器的除RS-232口之外的现场操作。

其中，所述I2C总线电路单元是由I2C总线、时钟芯片和存储器构成；所述时钟芯片和存储器通过I2C总线与一级CPU呈双向连接。

其中，所述一级CPU包括PCF8563时钟芯片和AT24C1024存储器芯片，所述PCF8563时钟芯片和AT24C1024存储器芯片与I2C总线相连。

其中，所述看门狗电路模块是由AAT3221IGV-3.O-Tl电源芯片和TPS3823看门狗芯片及外围电路构成；所述AAT3221IGV-3.O-Tl电源芯片是5V转3.3V的电源芯片。

其中，所述二级CPU包括由LCD显示模块和键盘输出模块构成的外围电路；所述LCD显示模块的输入端与二级CPU的输出端连接；所述键盘输出模块的输出端与二级CPU的输入端连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：提供了一种能有效地采集电网的相关数据，在经过一系列数学处理后，得到的数据能真实的反映当时的配电变压器的实际情况的配电变压器监测终端。该终端能对采集到的电网数据进行分析，将所需的分析数据如实的保存到存储器中，需要时可以将保存的数据准确的读取出来，或显示在液晶显示器上，或通过通讯模块传送到上一级；装置同时具备通讯功能，可以同过通信信道将运行和分析数据传送给上一级，同时能够符合通讯传输中标准协议；终端能通过光继电器输出控制电容器的投切，以实现对于无功的自动快速补偿；能适应不同地理位置和恶劣现场环境，因此装置应特别保证工作可靠性和稳定性。

附图说明

图1所示为本实用新型的整体结构框图。

图2所示为本实用新型中24C1O24和MSP430F149的接口电路示意图。

图3所示为本实用新型中看门狗电路的原理示意图。

图4所示为本实用新型中二级CPU及其外围电路的结构框图。

图5所示为本实用新型中液晶显示器与二级CPU的电路连接图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，其既可以指代某一部件与另一部件直接连接，也可以指代某一部件通过其他部件与另一部件相连接。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本实用新型的实施例，基于双MSP430的配电变压器监测终端系统，包括一级CPU、二级CPU、信号采集与调理单元、I2C总线电路单元、看门狗单元、输出单元和通讯模块；所述信号采集与调理单元的输入端采集变压器的三相输出电压信号和电流信号，所述信号采集与调理单元的输出端连接一级CPU的输入端；所述一级CPU的输出端分别与所述二级CPU、所述看门狗单元、所述输出单元的输入端连接；所述一级CPU还分别与所述通讯模块和所述I2C总线电路单元呈双向连接。

进一步的，所述信号采集与调理单元是由电压/电流互感器组和信号调理电路构成；所述电压/电流互感器组的输入端采集变压器的三相输出电压信号和电流信号，其输出端与所述信号调理电路的输入端连接；所述信号调理电路的输出端与所述一级CPU的输入端连接。

进一步的，所述一级CPU和所述二级CPU均采用的是MSP43OF149芯片；所述一级CPU是负责配电变压器监测的功能的CPU单元；所述二级CPU是MMI单元；所述一级CPU和二级CPU之间通过SPI总线相连，实现控制器的除RS-232口之外的现场操作。

进一步的，所述I2C总线电路单元是由I2C总线、时钟芯片和存储器构成；所述时钟芯片和存储器通过I2C总线与一级CPU呈双向连接。

进一步的，所述一级CPU包括PCF8563时钟芯片和AT24C1024存储器芯片，所述PCF8563时钟芯片和AT24C1024存储器芯片与I2C总线相连。

进一步的，所述看门狗电路模块是由AAT3221IGV-3.O-Tl电源芯片和TPS3823看门狗芯片及外围电路构成；所述AAT3221IGV-3.O-Tl电源芯片是5V转3.3V的电源芯片。

进一步的，所述二级CPU包括由LCD显示模块和键盘输出模块构成的外围电路；所述LCD显示模块的输入端与二级CPU的输出端连接；所述键盘输出模块的输出端与二级CPU的输入端连接。

需要说明的是，本实用新型采用一级、二级两块CPU构成的双CPU系统，且都为MSP430F149单片机，对外围的各个模块进行控制，采用高精度电压、电流互感器进行六路电压电流采样,将三相的电压电流信号分别同时送入MSP430F149芯片内置12位模数转换器进行高精度转换。并采用软件配置采样通道,确定采样序列,保存采样结果。

为了保存大量的配变数据和保证掉电后重要数据不丢失,系统采用了片外的EEPROM作为数据存储器。采用PCF8563时钟芯片为系统提供时间依据。

为了避免MSP43O系列单片机出现过的运行死机后，外接看门狗直接复位MSP430单片机的复位管脚无法使MSP430单片机复位的现象，看门狗复位采取的是复位单片机的供电电源以达到复位单片机的效果。

一级CPU在SPI通讯中以从模式工作,二级CPU以主模式工作,两块CPU的SPI通讯口都由USART1来承担。本发明SPI通讯只有一主一从,不需要片选信号SS,所以本发明采用三线方式。两块CPU在硬件初始化上也有所区别。

在本发明中双CPU之间的通讯,由人机界面所处菜单界面决定。在按键触发菜单改变时,二级CPU将本菜单界面需要执行的功能查询码放入发送缓存中,并使能发送中断将发送缓存中的数据发送出去,并接受一级CPU发送来的数据,将接受得到的数据解包处理,然后再等待通讯。

PCF8563是一款CMOS的时钟芯片，它的作用是校准系统时间。平时装置正常运行时，可在一天的某一时刻，读取PCF8563中的时间，己达到校准系统时间的目的；当装置断电或复位重启后，系统同样可以从时钟芯片中获取运行时间，以达到时钟精确保存的目的。

AT24C1024是一款EEPROM存储器。配电变压器监测终端在运行时，需要对运行数据或分析数据进行保存，以应付未来上一级通讯中心对于此类数据的召唤，因此一块容量适当的存储器是必须的，本装置中的AT24C1024是I2C驱动的，可通过I2C总线读写存储器，最大容量可达128k字节。

二级CPU及其相关电路在本发明中承担人机接口单元的功能。它包括二级CPU、LCD模块和键盘输入。二级CPU通过SPI与一级CPU相连，设定二级CPU在SPI通讯中为主机模式，一级CPU为从机模式。LCD显示模块即液晶显示器是人机接口单元中的一个重要模块，它是配电变压器监测终端现场的主要显示模块。

本实用新型使用的LCD是一款128x64图形点阵式液晶显示器，与二级CPU直接接口，具有8位标准数据总线、6条控制线及电源线。模块内置两块KSO108液晶驱动控制器，分别控制显示屏的左区和右区，每一个驱动模块带有一个64x64显示存储器，CS1和CS2分别为2个显示驱动的片选。只支持并行接口方式。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。