基于dsp与arm的双cpu电能质量监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统中电能质量的监测技术，特别是涉及一种由DSP与ARM组成的双CPU的电能质量监测装置。
【背景技术】
[0002]随着电力产业的高速发展，稳态电能质量指标如:电压波动、频率波动、谐波等，已经引起了相关部门足够的重视。与此同时暂态电能质量问题也变的越来越突出，如电压的跌落、电压的骤升、短时断电等现象的经常发生，都给用户带来了不小的损失。传统的监测方法是基于有效值理论的监测技术，但是由于时间窗口太长，仅测量电网电压的有效值无法精确地描述电能质量问题，故必需尽快发展满足下列要求的监测技术:
(1)针对信号扰动的随机性，必须能够保证对电网信号进行全过程实时的监测；
(2)上层处理单元应该具有强大的硬件资源，能够进行数据处理的同时，完成实时时钟、外部数据存储、液晶显示、数据通讯等功能。这就要求所选择的ARM处理器具有丰富的外设接口；
(3)数据采样部分可以对六个通道进行同步、高速采样，且需要相对较高的采样率，以便能够测量高次谐波的信息；
(4)能够实现不同监测点采集数据的同步性，便于对随机扰动和故障信息进行离线的分析；
(5)两个处理器间数据的传输模式不但要保证时间上的高速性，更要保证数据传输的精准性；
(6)保证两个处理器间数据的实时通讯和信息共享，并可实现所测数据的无线网络通讯。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提出了基于DSP和ARM的双CPU结构的电能质量监测装置。该装置在保证全过程实时监测的同时，具有较高的采样率和准确高速的数据传输功能，并具有强大的功能模块，可以实现外部数据存储、无线通讯、触摸屏控制和报警功能。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:基于DSP与ARM的双CPU电能质量监测装置，其特征在于，包括参数采样模块和数据处理模块;所述的参数采样模块包括:电压电流信号的数据釆集模块和采集信号的A/D转换模块，其特征在于，数据的釆集模块对电压和电流信号进行采集，然后通过外扩的ADS8365模数转换芯片对电压和电流参数采集模块输出的六路信号进行采样，接着釆用并口通信的方式通过数据总线将釆样到的数据传送到DSP处理模块中进行相应的处理;所述的数据处理模块包括:DSP工程模块和ARM工程模块，其特征在于，DSP工程模块负责将经过A/D模数转换后的数据进行存储并进行多种电能质量参数的计算，接着将计算后的各项电能质量参数，通过双口 RAM通信的方式传送给ARM工程模块进行数据的存储、显示以及通信。
[0005]进一步地，所述的电压电流信号的数据采集模块，是将经过PT、CT得到的交流电压(额定值100V)或交流电流(额定值为5A)，分别接入由精密电流型电压互感器SPT204A和精密电流互感器SCT254FK组成的变换电路中，以得到适合A/D芯片电压值。
[0006]进一步地，所述的采样信号的A/D转换模块，采用了16位的模数转换器ADS8365，实现了对三相电压、三相电流6路米样信号的并行传输。
[0007]进一步地，所述的ARM处理芯片采用的是以Cortex ? _M3型ARM为核心的微控制器STM32F103RBT6。
[0008]进一步地，所述的DSP与ARM之间的通信，采用的是16Kxl6bit的IDT7026双口 RAM芯片进行数据的传输。
[0009]更进一步地，所述的ARM工程模块包括无线通讯模块、触摸屏模块、USB模块和报警模块，其中当发生电能质量超标情况时，报警模块会发出警报声提醒工作人员及时处理，警报声的频率与电能质量超标幅度密切相关，超过标准值越多则警报声越急促。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
(1)通过过零检测和锁相环电路实现了对电能质量的全过程实时监测；
(2)采用了16位的模数转换器ADS8365，实现了对三相电压、三相电流6路采样信号的并行传输；
(3)DSP与ARM之间的通信，采用的是16Kxl6bit的IDT7026双口RAM芯片进行数据的传输，该芯片可以实现数据的高速传输；
(4)通过ARM丰富的外设功能，实现了外部数据存储、无线通讯、触摸屏控制和报警功會K。
【附图说明】
[0011]图1为本发明基于DSP与ARM的双CPU电能质量监测装置的结构框图。
[0012]图2为本发明ADS8365与TMS320F28335的接口电路。
[0013]图3为本发明DSP与ARM间的双口 RAM连接电路。
[0014]图4为本发明1.9V供电电源电路。
[0015]图5为本发明3.3V供电电源电路。
[0016]图6为本发明DSP子系统软件的主程序流程图。
[0017]图7为本发明数据分析处理流程图。
[0018]图8为本发明ARM系统主程序设计流程图。
具体实施方案
[0019]下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0020]如图1所示，本发明基于DSP与ARM的双CPU电能质量监测装置，包括参数采集模块
(I)和数据处理模块(2)，该监测装置首先通过电压电流变换电路(3)进行参数采集，接着利用低通滤波电路(8)对所采集的信号进行滤波，同时通过锁相环电路(5)控制信号的同步采样，然后通过外扩的A/D转换电路(9)对滤波后的信号进行采样，并釆用并口方式通过数据总线将釆样到的数据传送到数据处理模块(2)中进行相应的处理。所述的数据处理模块(2)包括:DSP工程模块(6)和ARM工程模块(7)，DSP处理模块(6)负责将模数转换后的数据进行存储并进行多种电能质量参数的计算，接着将计算后的各项电能质量数据，通过双口 RAM
(10)传输给ARM人机交互管理模块(7)实现无线通讯(11)、触摸屏控制(12)、报警(13)以及外部数据存储(14)功能。
[0021]1.硬件部分。
[0022]参数釆集模块(I)的主要作用是将电网侧的强电信号通过转换电路变换为适合A/D模数转换芯片的弱电信号，并同时实现对电网信号的实时同步采样。该模块主要由电压电流釆集电路(3)、过零检测电路(4)、锁相环电路(5)、低通滤波电路(8)以及A/D转换电路组成(9)0
[0023]电压电流釆集电路(3)的作用是将经过PT、CT得到的交流电压(额定值100V)或交流电流(额定值为5A)，分别接入由精密电流型电压互感器(SPT204A)和精密电流互感器(SCT254FK)组成的变换电路中，已得到较小的输出电压。
[0024]低通滤波电路(8)的作用是在采样信号进入A/D转换芯片前对采其进行滤波处理，由于该电能质量监测仪能够实现50次以内谐波的测量，所以本装置采用二阶巴特沃斯低通滤波器滤除50次以上的谐波，以防止采样信号的频谱混叠。
[0025]过零检测电路(4)是以电压比较器MAX474为核心的电路。当输入信号是由正变为负而过零时，电路的输出为高电平;而当电路中的输入信号是由负变为正的过零时，电路则输出为低电平，通过该电路以实现将电网的正弦信号转化为同相位的方波信号。将方波信号引入DSP的eCAP模块可以测出电网的频率，同时将该方波信号引述锁相倍频电路，用以实现对锁相倍频电路的触发。
[0026]锁相环电路(5)可以对输入信号进行倍频控制，由于输入信号的频率就是系统本身的基波频率，所以为了实现在一个周期内采样256点，要对输入信号进行256倍频。锁相环在一定范围内能够使输出信号与输入信号保持恒定的相位差，从而使得系统的输出信号能够跟踪输入信号频率。本装置采用的是集成数字锁相环