专利名称：基于dsp和pci总线技术的电能质量监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力能源监测领域，具体涉及一种基于DSP和PCI总线技术的电能质量监测装置。
背景技术：
电能质量监测在改善电能质量的过程中起关键的作用，因为要对电能质量进行治理，必须先对电能质量中存在的问题认识清楚。所以电能质量的五项指标电压波动与闪变、三相不平衡、谐波、电压偏差和频率偏差的测量是电能质量治理的重要基础和前提。要对电能质量进行综合监测，必然要研制电能质量综合监测装置。国内外很多研究单位和厂商研制了各种电能质量分析仪表、仪器。这些仪器从功能上大体可以分为以下三类[0003] ①实时监测仪表若干个单功能仪器安装在监测屏上，此类仪器功能单一，运行可罪。 ②手提式仪表技术人员随身携带，随机测量电能质量的一些指标，简单实用。如美国Fluke公司生产的F40/41系列手持式谐波分析仪表最为优秀。其特点是体积小，功能多，使用方便。 ③台式电能质量分析仪器仪器的特点是多通道，多功能，信息容量较大，数据处理功能强。 以上这些产品中，如美国的Fluke公司生产的F40/41手提式仪表性能优良，但是由于价格昂贵(2000美元/只)，一般用户难以接受，希望国内厂家尽早生产出价格在3000元/只以下的手持式电力谐波分析仪，而性能相当。目前国内外生产的大多台式电能质量分析仪存在的主要问题是通道较少，信息容量小，综合分析功能不够强，特别是不能把电压波动与闪变测试分析功能综合在一起，使用户在普查电能质量时仍要携带很多仪器，而且给数据的处理带来很多麻烦。很多用户还希望增加捕捉瞬态信号等动态测试功能，这样就会更加方便。同时随着电能质量问题研究的深入，对于测量的要求也越来越高。所以开发功能齐全、携带方便、能长时间监测也能短时间监测，并全面测量电能质量标准中要求的指标参量，且价格合理的电能质量监测装置十分必要。
发明内容本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种基于DSP和PCI总线技术的电能质量监测装置。 本实用新型所采取的技术方案为 基于DSP和PCI总线技术的电能质量监测装置包括数据采集卡、PCI总线和上位机。数据采集卡采集电压波形信号，数据采集卡通过PCI总线与上位机信号连接。[0010] 所述的数据采集卡包括DSP处理器、第一 A/D采样器、第二 A/D采样器、锁相同步器、存储器、CPLD芯片、JTAG接口和PCI控制器；第一 A/D采样器的输出端、第二 A/D采样器的输出端与DSP处理器信号连接，锁相同步器的一端与第二 A/D采样器的一端信号连接，
3另一端与DSP处理器信号连接，存储器、CPLD芯片、JTAG接口与DSP处理器信号连接，PCI
控制器与DSP处理器的输出端信号连接。 与现有技术相比，本实用新型所具有的优点为 (1)数据采集卡具有运行速度快，能采集多路信号，数据采集精度高(实际能达到 13位精度)，卡上数据存储容量大，与上位机传送数据快的特点。 (2)数据采集卡采用两种bootloader的形式Flash bootloader和 HPIbootloader。 (3)装置设计简洁合理，多采用各种器件的推荐电路，保证了调试时硬件设计的正 确性。而器件的选择上，多选用小封装、低功耗和抗干扰能力强的芯片，减少了电路板的面 积和功耗，适合插入工控机的机箱里使用。
图1本实用新型结构示意图； 图2本实用新型中数据采集卡的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。 如图1所示，基于DSP和PCI总线技术的电能质量监测装置包括数据采集卡1 、PCI 总线2和上位机3。数据采集卡1采集电压波形信号，数据采集卡1通过PCI总线2与上位 机3信号连接。 如图2所示，数据采集卡1包括DSP处理器8、第一 A/D采样器4、第二 A/D采样器 5、锁相同步器6、存储器7、CPLD芯片9、 JTAG接口 10和PCI控制器11 ;第一A/D采样器4 的输出端、第二 A/D采样器5的输出端与DSP处理器8信号连接，锁相同步器6的一端与第 二 A/D采样器5的一端信号连接，另一端与DSP处理器8信号连接，存储器7、CPLD芯片9、 JTAG接口 10与DSP处理器8信号连接，PCI控制器11与DSP处理器8的输出端信号连接。 DSP处理器选用TI公司的型号为TMS320C6711b芯片，能够利用其强大的信号处理 能力和HPI接口 ，以满足数据传送和与上位机接口要求。 DSP程序用C语言编写。要实现的主要功能是，读取经过A/D采样器转换后的六路 数字信号，把它存储到片外的SDRAM上，供PCI驱动程序读取。 数据采集卡的核心是A/D采样器，在电力系统的电气量测量的实际应用中，大多 数是针对三相电压电流来进行信号处理的，所以选用TI公司的ADS8364芯片。ADS8364是 高速、低功耗，六通道同步采样16位模数转换器，其最大采样率250KSPS。 ADS8364采用+5V 工作电压，并带有80dB共模抑制的全差分输入通道以及六个4 s连续近似的模数转换器、 六个差分采样放大器。另外，在REFIN和REF0UT引脚内部还带有+2. 5V参考电压以及高速 并行接口 。 ADS8364的六个模拟输入分为三组(A， B和C)，每个输入端都有一个ADCs保持 信号以用来保证几个通道能同时进行采样和转换。ADS8364的差分输入可在-VREF到+VREF 之间变化。在信号输入端采用差动运放将模拟输入信号以差分输入方式进入ADS8364，以有 效地减少共模噪声，实现较高的有效采集精度。 DSP通过PCI总线向上位机传送数据，然而DSP1并不能和PCI总线直接接口 。这里选用PLX公司PCI9030的实现PCI总线协议。PCI9030实现了 PCI总线控制的功能，而且能与可以与主流的TI的C6000系列DSP直接相连，实现DSP芯片无缝的接口 ，因而大大简化了系统设计的复杂度。 DSP扩展子系统中的存储器包括一片Flash和一片SDRAM (Synchronous DynamicRAM同步动态存储器)。DSPs访问外部存储器时必须通过外部存储器接(EMIF)。 C6000系列的DSPs的EMIF具有很强的接口能力，不仅具有很高的数据吞吐率，而且可以与目前几乎所有类型的存储器直接接口。 FLASH选用存储容量为128KX8bit，映射为DSP的异步存储器空间。Flash是用在脱机工作方式时，存储完成数据输入输出和各种信号处理任务的DSP的应用程序首先由硬件仿真器通过DSP的JTAG接口把程序烧录到Flash中；然后通过设置启动方式引脚确定从外部ROM自启；DSP在系统复位后，自动将Flash中的应用程序搬移到其片内程序存储器中，并从O地址开始运行。 SDRAM为DSP的动态存储器扩展空间，选用一片2MX32bit的SDRAM，可满足单片运行时数据存储和处理的需要。 CPLD是受DSP的相应控制以完成整个系统的时序和逻辑的控制，功能包括AD采
样频率和采样深度控制、内外同步逻辑控制、地址译码控制、时序控制、片选控制、复用控制等。 JTAG接口基于IEEE1149. 1标准的 一 种边界扫描测试方式(Boundary-scanTest)。 TI为其大多数的DSPs都提供了 JTAG端口支持，C6711也不例外。结合配套的仿真调试软件(Emulator)，可以访问DSPs的所有资源，包括片内寄存器以及所有的存储器，从而为开发人员提供一个实时的硬件仿真和调试环境。这也是实现系统中处理器部分"能见度"的一个最方便的手段。两个EMUx信号必须用上拉电阻与电源Vcc相连，上拉电阻的推荐值是4. 7k。如果C6711与14pin Header间的距离超过了 6英尺，则需要在有关的仿真信号上添加1级缓冲驱动。本装置的具体工作过程为首先是数据采集，上位机启动实时采集命令后，数据采集卡就独立地控制硬件进行数据采集，并将采集结果存放在采集卡数据缓冲区中；然后上位机驱动程序将采集卡缓冲区中的数据读取到驱动层数据缓冲区中；再次，上位机应用软件，调用驱动层数据，对DSP上传三秒钟的数据首先对它进行FFT变换得出三相电压三相电流的各次谐波的幅值和相位；再后，上位机应用软件利用上传得到的数据通过计算进一步得出系统的频率偏差电压偏差和三相不平衡度电。再利用LabVIEW的调用驱动程序的动态连接库，把采集卡的数据通过PCI总路线传送到上位机，然后对频率偏差、谐波指标、电压偏差和三相不平衡度进行了直接或者间接检测。
权利要求基于DSP和PCI总线技术的电能质量监测装置包括数据采集卡、PCI总线和上位机，其特征在于数据采集卡采集电压波形信号，数据采集卡通过PCI总线与上位机信号连接；所述的数据采集卡包括DSP处理器、第一A/D采样器、第二A/D采样器、锁相同步器、存储器、CPLD芯片、JTAG接口和PCI控制器；第一A/D采样器的输出端、第二A/D采样器的输出端与DSP处理器信号连接，锁相同步器的一端与第二A/D采样器的一端信号连接，另一端与DSP处理器信号连接，存储器、CPLD芯片、JTAG接口与DSP处理器信号连接，PCI控制器与DSP处理器的输出端信号连接。
专利摘要本实用新型涉及一种基于DSP和PCI总线技术的电能质量监测装置。现有的电能质量分析仪通道较少，信息容量小，综合分析功能不够强。本实用新型包括数据采集卡、PCI总线和上位机。数据采集卡采集电压波形信号，数据采集卡与上位机信号连接。数据采集卡包括DSP处理器，A/D采样器的输出端与DSP处理器信号连接，锁相同步器的一端与A/D采样器的一端连接，另一端与DSP处理器信号连接，存储器、CPLD芯片、JTAG接口与DSP处理器信号连接，PCI控制器与DSP处理器的输出端信号连接。本实用新型中数据采集卡具有运行速度快，能采集多路信号，数据采集精度高，卡上数据存储容量大，与上位机传送数据快。
文档编号G01R23/16GK201522522SQ200920200049
公开日2010年7月7日 申请日期2009年11月16日 优先权日2009年11月16日
发明者吴晨曦, 罗平 申请人:杭州电子科技大学