電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型揭示了一種電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)包括霍爾效應(yīng)電壓傳感器、ARM芯片和DSP芯片，霍爾效應(yīng)電壓傳感器采集電能質(zhì)量信號并經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸送至DSP芯片，ARM芯片和DSP芯片之間通過HPI接口通信，ARM芯片通過外部存儲器接口連接快閃式存儲器和同步動態(tài)隨機存儲器，通過視頻輸出接口連接顯示模塊，通過網(wǎng)絡(luò)接口連接顯示模塊。本系統(tǒng)基于DSP和ARM能夠給電網(wǎng)提供實時的電能質(zhì)量監(jiān)測、統(tǒng)計和分析服務(wù)，實現(xiàn)對電能質(zhì)量的全面控制的在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)。
【專利說明】
電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及電能質(zhì)量監(jiān)控領(lǐng)域，尤其涉及一種基于DSP和ARM的在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電能既是一種經(jīng)濟實用、清潔方便且容易傳輸、控制和轉(zhuǎn)換的能源形式，又是一種由電力部門向電力用戶提供，并由供、用雙方共同保證質(zhì)量的特殊產(chǎn)品。電能質(zhì)量直接關(guān)系到國民經(jīng)濟的總體效益，電能的應(yīng)用程度是一個國家發(fā)展水平和綜合國力的主要標(biāo)志之一。電能質(zhì)量問題在許多國家已經(jīng)引起電力部門和用戶的廣泛關(guān)注。
[0003]隨著時代的進步、科技的發(fā)展，現(xiàn)代電網(wǎng)與負荷結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了很大變化，傳統(tǒng)的一些監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)不能完整、準(zhǔn)確地描述實際發(fā)生的動態(tài)電能質(zhì)量問題，另外，電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展使得網(wǎng)絡(luò)化成為全球各行業(yè)的發(fā)展趨勢，所以需要開發(fā)出界面友好、功能強大且具有很強通信功能的新型電能質(zhì)量檢測儀。這種電能質(zhì)量監(jiān)測、分析裝置是電能質(zhì)量分析儀的發(fā)展趨勢。
[0004]近年來，隨著計算機和集成電路技術(shù)的日趨成熟，嵌入式系統(tǒng)發(fā)展迅速。由于具有性能可靠、功能較強、體積小、軟硬件配置靈活以及成本較低等特點，嵌入式系統(tǒng)非常適合底層(或現(xiàn)場)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是實現(xiàn)一種基于DSP和ARM能夠給電網(wǎng)提供實時的電能質(zhì)量監(jiān)測、統(tǒng)計和分析服務(wù)，實現(xiàn)對電能質(zhì)量的全面控制的在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為:電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)包括霍爾效應(yīng)電壓傳感器、ARM芯片和DSP芯片，霍爾效應(yīng)電壓傳感器采集電能質(zhì)量信號并經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸送至DSP芯片，ARM芯片和DSP芯片之間通過HPI接口通信，ARM芯片通過外部存儲器接口連接快閃式存儲器和同步動態(tài)隨機存儲器，通過視頻輸出接口連接顯示模塊，通過網(wǎng)絡(luò)接口連接顯示模塊。
[0007]所述的ARM芯片和DSP芯片分別通時鐘接口連接時鐘鏈路，并分別通過JTAG接口連接配置鏈路。
[0008]所述的DSP芯片通過HP1、GP10或MCASPl接口擴展外部設(shè)備。
[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微處理器。
[0011 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:1、基于DSP和ARM的在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)能夠完成諧波測量、功率測量、三相不平衡性測量、波動/閃動測量、電壓驟升驟降測量和浪涌測量等功能，還能夠在數(shù)字示波器中將結(jié)果直觀反映出來。2、本系統(tǒng)為了防止出現(xiàn)因為油污的問題導(dǎo)致失靈，或者因為連接問題導(dǎo)致操控人員觸電等問題，采用比較經(jīng)典的人機交互，通過按鍵形式進入主副菜單。3、本系統(tǒng)采用的嵌入式硬件設(shè)計參照市面上主流的電能檢測系統(tǒng)。整體設(shè)計采用箱式或者手持儀表式比較方便，且外殼多用塑料制成，比較輕便快捷。4、系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的前端是AC霍爾效應(yīng)電壓傳感器CYHVS800DA。交流的霍爾效應(yīng)電壓傳感器CYHVS800DA有很高的電氣隔離、高可靠性、良好的過載能力、絕緣外殼等特點，并符合UL94-V0標(biāo)準(zhǔn)。使得測量點的高電壓進入測量系統(tǒng)的安全電壓。同時外殼接地良好，一方面保證系統(tǒng)產(chǎn)生的靜電能夠很好的導(dǎo)入大地而不對系統(tǒng)造成影響，同時也保證了測量點的穩(wěn)定性。鑒于系統(tǒng)需要適應(yīng)不同的測試場地，因此可以考慮搭載閾值更高的隔離器，并在接線端子做多級耦合隔離。
【附圖說明】
[0012]下面對本實用新型說明書中每幅附圖表達的內(nèi)容作簡要說明:
[0013]圖1是本基于DSP和ARM的在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)原理框圖；
[0014]圖2是本基于DSP和ARM的在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的CYHVS800DA的連接圖；
[0015]圖3是本基于DSP和ARM的在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的HPI接口通訊流程圖；
[0016]圖4是本基于DSP和ARM的在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的MC55控制框圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)包括霍爾效應(yīng)電壓傳感器、ARM芯片和DSP芯片，其中霍爾效應(yīng)電壓傳感器采集電能質(zhì)量信號并經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸送至DSP芯片，ARM芯片和DSP芯片之間通過HPI接口通信，ARM芯片通過外部存儲器接口連接快閃式存儲器和同步動態(tài)隨機存儲器，通過視頻輸出接口連接顯示模塊，通過網(wǎng)絡(luò)接口連接顯示模塊。ARM芯片和DSP芯片分別通時鐘接口連接時鐘鏈路，并分別通過JTAG接口連接配置鏈路，DSP芯片通過HP1、GP1或MCASPl接口擴展外部設(shè)備。
[0018]DSP專門用于硬件計算，保證系統(tǒng)的高速性，而ARM控制包括采樣和顯示等外圍接口，保證DSP能夠穩(wěn)定高效運行，同時保證良好的人機交互。檢測變送部分是使用霍爾元件將高壓交流電壓和電流信號轉(zhuǎn)化為低壓信號，便于后端采樣。接口部分使用AD芯片將轉(zhuǎn)化過來的低壓信號經(jīng)過采樣轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。顯示部分采用LCD屏幕將結(jié)果輸出做人際交互。通訊部分包括DSP和ARM之前的通訊，采用HPI并行接口，也包括ARM和其他芯片的通訊，以及RS232串口通訊。
[0019]如圖2所示，CYHVS800DA的使用連接圖。根據(jù)圖中指導(dǎo)的連接方式。輸出電壓可檢測時測量電壓輸入輸出端子終端的電壓即可。這種傳感器的最大測量電壓范圍，額定輸入電壓的1.5倍。
[0020]下面列舉一個最優(yōu)的實施例:
[0021]DSP芯片采用DSP TMS320VC5501(5501)芯片，配置GP106使得在DSP上電的時候GP106為高電平讓DSP能夠在HPI模式下工作，這樣5501可以適應(yīng)以下不同的選項系統(tǒng)要求:主機端口接口(HPI)在復(fù)用模式啟動;外部存儲器引導(dǎo)從16位異步存儲器(通過EMIF);串口引導(dǎo)與16位元素的長度(從McBSPO的)；SPI EPROM引導(dǎo)(從McBSPO的)，支持24位地址的EPROM; 12C EPROM引導(dǎo)(從12C)支持超過512K比特的EPROM中；UART的引導(dǎo)；直接執(zhí)行(不開機)從16位或32位外部異步存儲器。DSP主負責(zé)高速采樣、計算和對ARM的控制指令進行及時反饋。
[0022]ARM芯片使用三星的S3C44B0X 32位RISC微處理器實現(xiàn)圖形化界面的設(shè)計。其負責(zé)控制整機運行狀態(tài)，包括給DSP指令使其采樣和計算，還將協(xié)同外設(shè)，包括指示顯示模塊顯示當(dāng)前狀態(tài)和處理結(jié)果，指示網(wǎng)絡(luò)接口模塊按照協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)到上位機，指示存儲模塊做存儲動作甚至擦寫動作。首先，配置Qt設(shè)計器;然后，搭建窗口結(jié)構(gòu);最后，完成qmake環(huán)境設(shè)
i+o
[0023]霍爾效應(yīng)電壓傳感器采用AC霍爾效應(yīng)電壓傳感器CYHVS800DA，這種傳感器可用于測量交流電壓不同的波的形式。它具有很高的電氣隔離、高可靠性、良好的過載能力、小尺寸、絕緣外殼等特點。本系統(tǒng)使用的AD轉(zhuǎn)換器是AD7655，它有多通道ADC;快速吞吐量;單電源供電，在脈沖模式，其功耗降低吞吐量;串行或并行接口等特點。
[0024]ARM和DSP之間通信是通過HPI接口實現(xiàn)。顯示了典型的HPI使用方法:使用HAS信號完成操作。使用HAS對HPI操作的過程為，首先，ARM選擇訪問類型；然后ARM驅(qū)動器拉低HAS，在內(nèi)部時鐘RSTRB的上升沿，完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。
[0025]也可以通過GPRS通訊模塊程序設(shè)計，如圖4所示，通過AT命令來實現(xiàn)對MC55的控制。對于MC55的操作為，首先，對MC55寫入控制字，初始化其工作方式，然后對GPRS進行復(fù)位，設(shè)定傳輸參數(shù)，與遠端握手，然后傳輸數(shù)據(jù)。為防止數(shù)據(jù)丟失或避免錯誤，流量控制是必不可少的。當(dāng)接收端已準(zhǔn)備好接收時，發(fā)送設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸才應(yīng)該開始。當(dāng)接收緩沖區(qū)達到其容量，接收設(shè)備應(yīng)能夠設(shè)定發(fā)送設(shè)備暫停，直到追上。本系統(tǒng)采用軟件方式調(diào)整。設(shè)置為大約60 %的總緩沖區(qū)大小為輸入/輸出緩沖區(qū)的高流量位。低流量位在30 %左右。數(shù)據(jù)傳輸接近高流量位時，應(yīng)停止和恢復(fù)時降至低于低流量位。
[0026]顯示模塊采用耀宇公司生產(chǎn)的基于RA8835A芯片的YM320240E6型圖型點陣模塊RA8835A。集成有160B內(nèi)部掩模R0M，5X7的像素字符的內(nèi)部字符發(fā)生器。字符發(fā)生器支持多達64個，在外部字符發(fā)生器RAM和8X16像素字符，8 X 16在外部字符發(fā)生器ROM的像素的字符。通過對LCD控制器的寄存器讀寫可以完成LCD的清屏、畫點、畫塊、載入圖形和反亮顯示等。
[0027]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)包括霍爾效應(yīng)電壓傳感器、ARM芯片和DSP芯片，霍爾效應(yīng)電壓傳感器采集電能質(zhì)量信號并經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸送至DSP芯片，ARM芯片和DSP芯片之間通過HPI接口通信，ARM芯片通過外部存儲器接口連接快閃式存儲器和同步動態(tài)隨機存儲器，通過視頻輸出接口連接顯示模塊，通過網(wǎng)絡(luò)接口連接顯示模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的ARM芯片和DSP芯片分別通時鐘接口連接時鐘鏈路，并分別通過JTAG接口連接配置鏈路。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的DSP芯片通過HP1、GP1或MCASPl接口擴展外部設(shè)備。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的DSP芯片采用DSPTMS320VC55015501 芯片。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的ARM芯片采用三星的S3C44B0X 32位RISC微處理器。
【文檔編號】G01R31/00GK205562702SQ201620167698
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年3月4日
【發(fā)明人】江明, 王元, 高文根, 陳小明, 沈宗明, 田震, 王宗躍, 陳亞新
【申請人】安徽工程大學(xué)