應用于氣象監(jiān)測裝置在輸電線路局部的設(shè)計

其中，RPt為Pt100的電阻值，T為溫度。電阻信號必須轉(zhuǎn)換為直流電壓信號后才能進行A／D轉(zhuǎn)換。采用三線制熱電阻，是因為三線制可消除長線引起的附加電阻帶來的測量誤差。
圖3為高精度溫度測量電路。熱電阻阻值必須轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號才能輸入A／D電路。XTR103為BURR-BROWN公司生產(chǎn)的以Pt100熱敏電阻(或其他類型)為激勵、輸出4～20 mA直流電流的高靈敏度變送器。其內(nèi)部集成的二階校正線性化電路能夠?qū)崿F(xiàn)Pt100阻值到直流電流的線性轉(zhuǎn)換，廣泛應用于工業(yè)過程控制、工廠自動化、SCADA等領(lǐng)域。精密電流／電壓轉(zhuǎn)換器RCV420實現(xiàn)直流電流到直流電壓的轉(zhuǎn)換。

XTR103輸出電流信號IO與Pt100阻值RPt的函數(shù)關(guān)系為：

其中，IO為輸出電流信號，在4～20 mA范圍內(nèi)；RG為XTR103的量程電阻；Rz為基準電阻?？紤]熱泵運行工況，要選擇合適的量程電阻和基準電阻，以設(shè)定合適的溫度測量范圍。選擇RG=150 Ω，Rz=80 Ω，由式(1)和(2)可以確定溫度測量范圍為-50．77～132．55℃，能夠滿足我國輸電線路環(huán)境溫度測量范圍的要求。
為了提高溫度測量精度，除了采用圖3所示的高精度信號轉(zhuǎn)換電路外，還必須解決以下兩個問題：
①鉑電阻的阻值一溫度特性校準。式(1)給出的是額定特性，實際的鉑電阻存在統(tǒng)計學意義上的分散性，因此必須校準每個鉑電阻的阻值-溫度特性。
②鉑電阻元件的熱滯后(thermal lag)問題。熱滯后問題由元件與環(huán)境的換熱熱阻以及元件自身的熱容共同引起。鉑電阻元件由鉑電阻絲和不銹鋼封裝外殼組成，在高溫應用中采用陶瓷封裝。由于鉑電阻絲非常細、質(zhì)量小，可忽略其熱惰性。
2．4．3 風速和風向測量
風速的測量關(guān)鍵是要把風速參數(shù)轉(zhuǎn)換成能被A／D電路處理的電信號，由風速／風向傳感器來完成。本文選用風速／風向傳感器EA-V200，其風速測量范圍為0～50 m／s，輸出信號為抗干擾能力強的直流電流4～20 mA。此直流信號由A／D電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后再由VC33處理。
風向測量由EA-V200給出8個開關(guān)量輸入來表示不同的風向。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
設(shè)定Microcomputer／Bootloader為VC33的運行模式。運行前程序存放在存取速度較低的Flash中，系統(tǒng)復位后由固化在DSP芯片上的Bootloader把程序搬移到高速SRAM中全速運行。本文只簡單介紹軟件的功能。程序從結(jié)構(gòu)上分為主程序和中斷服務程序兩部分。
主程序包括：
①系統(tǒng)初始化程序。設(shè)置外部存儲器接口、串口、定時器、中斷、中斷向量表、鍵盤接口等參數(shù)，確定系統(tǒng)的運行模式。
②數(shù)據(jù)處理程序。把A／D轉(zhuǎn)換后的離散化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成實際的溫度、壓力、工質(zhì)質(zhì)量流量，剔除不良數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)的高頻噪聲濾波，最終得到反應系統(tǒng)實際工況的狀態(tài)量等。
中斷服務程序包括：
①A／D采集程序。完成所有模擬量的12位采集。根據(jù)熱力傳感器的特點，采樣頻率每路均設(shè)為24 Hz。A／D采集程序占用VC33的INT0中斷。
②鍵盤掃描程序。當有按鍵動作時，讀取按鍵編碼。占用VC33的INT2中斷。
③控制量驅(qū)動程序。驅(qū)動數(shù)字輸出或模擬量輸出。由VC33的TIMER0的定時器中斷來提供這些控制驅(qū)動的周期。具體控制策略要根據(jù)具體的應用來確定。
④通信程序。實現(xiàn)LCD顯示、與PC通信的功能。占用VC33的定時器中斷。

4 總 結(jié)
基于DSP的輸電線路局部氣象在線監(jiān)測裝置能夠分散安裝在輸電線路沿線桿塔上，實時測量氣象參數(shù)，包括環(huán)境溫度和濕度、大氣壓力、風速等。這些參數(shù)皆與輸電線路覆冰預測、脫冰跳躍、風舞及控制等緊密相關(guān)，可以向調(diào)度中心提供線路現(xiàn)場的詳細信息。本裝置的設(shè)計涉及多學科內(nèi)容，現(xiàn)總結(jié)設(shè)計中的一些經(jīng)驗：
①根據(jù)輸電線路的實際運行工況選擇合適的傳感器或變送器。注意與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配合，合理布置傳感器或變送器的數(shù)量和測點。
②VC33與外設(shè)的時序控制問題。對慢速的外部擴展設(shè)備，僅僅設(shè)計合適的訪問等待狀態(tài)是不夠的(如A／D芯片，其片選信號無效后數(shù)據(jù)總線的封鎖仍需相對較長一段時間)，還必須仔細研究外設(shè)的訪問時序，設(shè)計相應的封鎖電路，以免造成總線沖突使得系統(tǒng)無法工作。
③系統(tǒng)的抗電磁干擾問題?；赩C33的系統(tǒng)是高速系統(tǒng)，電磁干擾問題尤其嚴重，特別對時鐘線要進行良好的屏蔽。對高頻信號線要注意傳輸線距離、匹配電阻設(shè)計、印制電路板布線形狀等問題。采用多層布線板對抗電磁干擾有益處，但成本會增加。
基于DSP的輸電線路局部氣象在線監(jiān)測裝置充分發(fā)揮了“DSP+CPLD”體系的優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境溫度、大氣壓力、濕度、風速和風向等參數(shù)的多通道采集、數(shù)據(jù)處理、自然災害預警等功能，對提高輸電線路乃至整個電網(wǎng)的安全可靠性具有重要的現(xiàn)實意義。