电能质量监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型揭示了一种电能质量监测系统，系统包括霍尔效应电压传感器、ARM芯片和DSP芯片，霍尔效应电压传感器采集电能质量信号并经数据转换器输送至DSP芯片，ARM芯片和DSP芯片之间通过HPI接口通信，ARM芯片通过外部存储器接口连接快闪式存储器和同步动态随机存储器，通过视频输出接口连接显示模块，通过网络接口连接显示模块。本系统基于DSP和ARM能够给电网提供实时的电能质量监测、统计和分析服务，实现对电能质量的全面控制的在线电能质量监测系统。
【专利说明】
电能质量监测系统
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及电能质量监控领域，尤其涉及一种基于DSP和ARM的在线电能质量监测系统。
【背景技术】
[0002]电能既是一种经济实用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源形式，又是一种由电力部门向电力用户提供，并由供、用双方共同保证质量的特殊产品。电能质量直接关系到国民经济的总体效益，电能的应用程度是一个国家发展水平和综合国力的主要标志之一。电能质量问题在许多国家已经引起电力部门和用户的广泛关注。
[0003]随着时代的进步、科技的发展，现代电网与负荷结构已经发生了很大变化，传统的一些监测技术已经不能完整、准确地描述实际发生的动态电能质量问题，另外，电子技术和计算机技术的飞速发展使得网络化成为全球各行业的发展趋势，所以需要开发出界面友好、功能强大且具有很强通信功能的新型电能质量检测仪。这种电能质量监测、分析装置是电能质量分析仪的发展趋势。
[0004]近年来，随着计算机和集成电路技术的日趋成熟，嵌入式系统发展迅速。由于具有性能可靠、功能较强、体积小、软硬件配置灵活以及成本较低等特点，嵌入式系统非常适合底层(或现场)控制系统的应用。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是实现一种基于DSP和ARM能够给电网提供实时的电能质量监测、统计和分析服务，实现对电能质量的全面控制的在线电能质量监测系统。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为:电能质量监测系统，系统包括霍尔效应电压传感器、ARM芯片和DSP芯片，霍尔效应电压传感器采集电能质量信号并经数据转换器输送至DSP芯片，ARM芯片和DSP芯片之间通过HPI接口通信，ARM芯片通过外部存储器接口连接快闪式存储器和同步动态随机存储器，通过视频输出接口连接显示模块，通过网络接口连接显示模块。
[0007]所述的ARM芯片和DSP芯片分别通时钟接口连接时钟链路，并分别通过JTAG接口连接配置链路。
[0008]所述的DSP芯片通过HP1、GP10或MCASPl接口扩展外部设备。
[0009]所述的DSP芯片采用DSPTMS320VC55015501 芯片。
[0010]所述的ARM芯片采用三星的S3C44B0X 32位RISC微处理器。
[0011 ]与现有技术相比，本实用新型采用上述技术方案，具有以下有益效果:1、基于DSP和ARM的在线电能质量监测系统能够完成谐波测量、功率测量、三相不平衡性测量、波动/闪动测量、电压骤升骤降测量和浪涌测量等功能，还能够在数字示波器中将结果直观反映出来。2、本系统为了防止出现因为油污的问题导致失灵，或者因为连接问题导致操控人员触电等问题，采用比较经典的人机交互，通过按键形式进入主副菜单。3、本系统采用的嵌入式硬件设计参照市面上主流的电能检测系统。整体设计采用箱式或者手持仪表式比较方便，且外壳多用塑料制成，比较轻便快捷。4、系统的模数转换器的前端是AC霍尔效应电压传感器CYHVS800DA。交流的霍尔效应电压传感器CYHVS800DA有很高的电气隔离、高可靠性、良好的过载能力、绝缘外壳等特点，并符合UL94-V0标准。使得测量点的高电压进入测量系统的安全电压。同时外壳接地良好，一方面保证系统产生的静电能够很好的导入大地而不对系统造成影响，同时也保证了测量点的稳定性。鉴于系统需要适应不同的测试场地，因此可以考虑搭载阈值更高的隔离器，并在接线端子做多级耦合隔离。
【附图说明】
[0012]下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容作简要说明:
[0013]图1是本基于DSP和ARM的在线电能质量监测系统原理框图；
[0014]图2是本基于DSP和ARM的在线电能质量监测系统的CYHVS800DA的连接图；
[0015]图3是本基于DSP和ARM的在线电能质量监测系统的HPI接口通讯流程图；
[0016]图4是本基于DSP和ARM的在线电能质量监测系统的MC55控制框图。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，电能质量监测系统包括霍尔效应电压传感器、ARM芯片和DSP芯片，其中霍尔效应电压传感器采集电能质量信号并经数据转换器输送至DSP芯片，ARM芯片和DSP芯片之间通过HPI接口通信，ARM芯片通过外部存储器接口连接快闪式存储器和同步动态随机存储器，通过视频输出接口连接显示模块，通过网络接口连接显示模块。ARM芯片和DSP芯片分别通时钟接口连接时钟链路，并分别通过JTAG接口连接配置链路，DSP芯片通过HP1、GP1或MCASPl接口扩展外部设备。
[0018]DSP专门用于硬件计算，保证系统的高速性，而ARM控制包括采样和显示等外围接口，保证DSP能够稳定高效运行，同时保证良好的人机交互。检测变送部分是使用霍尔元件将高压交流电压和电流信号转化为低压信号，便于后端采样。接口部分使用AD芯片将转化过来的低压信号经过采样转变为数字信号。显示部分采用LCD屏幕将结果输出做人际交互。通讯部分包括DSP和ARM之前的通讯，采用HPI并行接口，也包括ARM和其他芯片的通讯，以及RS232串口通讯。
[0019]如图2所示，CYHVS800DA的使用连接图。根据图中指导的连接方式。输出电压可检测时测量电压输入输出端子终端的电压即可。这种传感器的最大测量电压范围，额定输入电压的1.5倍。
[0020]下面列举一个最优的实施例:
[0021]DSP芯片采用DSP TMS320VC5501(5501)芯片，配置GP106使得在DSP上电的时候GP106为高电平让DSP能够在HPI模式下工作，这样5501可以适应以下不同的选项系统要求:主机端口接口(HPI)在复用模式启动;外部存储器引导从16位异步存储器(通过EMIF);串口引导与16位元素的长度(从McBSPO的)；SPI EPROM引导(从McBSPO的)，支持24位地址的EPROM; 12C EPROM引导(从12C)支持超过512K比特的EPROM中；UART的引导；直接执行(不开机)从16位或32位外部异步存储器。DSP主负责高速采样、计算和对ARM的控制指令进行及时反馈。
[0022]ARM芯片使用三星的S3C44B0X 32位RISC微处理器实现图形化界面的设计。其负责控制整机运行状态，包括给DSP指令使其采样和计算，还将协同外设，包括指示显示模块显示当前状态和处理结果，指示网络接口模块按照协议传输数据到上位机，指示存储模块做存储动作甚至擦写动作。首先，配置Qt设计器;然后，搭建窗口结构;最后，完成qmake环境设
i+o
[0023]霍尔效应电压传感器采用AC霍尔效应电压传感器CYHVS800DA，这种传感器可用于测量交流电压不同的波的形式。它具有很高的电气隔离、高可靠性、良好的过载能力、小尺寸、绝缘外壳等特点。本系统使用的AD转换器是AD7655，它有多通道ADC;快速吞吐量;单电源供电，在脉冲模式，其功耗降低吞吐量;串行或并行接口等特点。
[0024]ARM和DSP之间通信是通过HPI接口实现。显示了典型的HPI使用方法:使用HAS信号完成操作。使用HAS对HPI操作的过程为，首先，ARM选择访问类型；然后ARM驱动器拉低HAS，在内部时钟RSTRB的上升沿，完成数据的读写操作。
[0025]也可以通过GPRS通讯模块程序设计，如图4所示，通过AT命令来实现对MC55的控制。对于MC55的操作为，首先，对MC55写入控制字，初始化其工作方式，然后对GPRS进行复位，设定传输参数，与远端握手，然后传输数据。为防止数据丢失或避免错误，流量控制是必不可少的。当接收端已准备好接收时，发送设备的数据传输才应该开始。当接收缓冲区达到其容量，接收设备应能够设定发送设备暂停，直到追上。本系统采用软件方式调整。设置为大约60 %的总缓冲区大小为输入/输出缓冲区的高流量位。低流量位在30 %左右。数据传输接近高流量位时，应停止和恢复时降至低于低流量位。
[0026]显示模块采用耀宇公司生产的基于RA8835A芯片的YM320240E6型图型点阵模块RA8835A。集成有160B内部掩模R0M，5X7的像素字符的内部字符发生器。字符发生器支持多达64个，在外部字符发生器RAM和8X16像素字符，8 X 16在外部字符发生器ROM的像素的字符。通过对LCD控制器的寄存器读写可以完成LCD的清屏、画点、画块、载入图形和反亮显示等。
[0027]上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.电能质量监测系统，其特征在于:系统包括霍尔效应电压传感器、ARM芯片和DSP芯片，霍尔效应电压传感器采集电能质量信号并经数据转换器输送至DSP芯片，ARM芯片和DSP芯片之间通过HPI接口通信，ARM芯片通过外部存储器接口连接快闪式存储器和同步动态随机存储器，通过视频输出接口连接显示模块，通过网络接口连接显示模块。2.根据权利要求1所述的电能质量监测系统，其特征在于:所述的ARM芯片和DSP芯片分别通时钟接口连接时钟链路，并分别通过JTAG接口连接配置链路。3.根据权利要求1所述的电能质量监测系统，其特征在于:所述的DSP芯片通过HP1、GP1或MCASPl接口扩展外部设备。4.根据权利要求1所述的电能质量监测系统，其特征在于:所述的DSP芯片采用DSPTMS320VC55015501 芯片。5.根据权利要求1所述的电能质量监测系统，其特征在于:所述的ARM芯片采用三星的S3C44B0X 32位RISC微处理器。
【文档编号】G01R31/00GK205562702SQ201620167698
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月4日
【发明人】江明, 王元, 高文根, 陈小明, 沈宗明, 田震, 王宗跃, 陈亚新
【申请人】安徽工程大学