基于DSP與CPLD的輸電線路局部氣象監(jiān)測裝置設(shè)計(jì)

1 概 述

輸電線路的狀態(tài)直接決定著整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，輸電線路微氣象參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測能夠?yàn)殡娋W(wǎng)正常調(diào)度、以及自然災(zāi)害預(yù)測和控制提供必要的現(xiàn)場信息。輸電線路是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵元件之一。為了安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，調(diào)度系統(tǒng)往往會(huì)收集輸電線路的電氣參數(shù)和運(yùn)行工況參數(shù)(如輸電線的型號(hào)、排列方式，以及其上的潮流分布信息等)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?。在電力系統(tǒng)的研究成果中，更多的是關(guān)注潮流優(yōu)化、系統(tǒng)故障和系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，而在氣象條件對(duì)輸電線路的影響方面的研究相對(duì)不足。

我國是輸電線路自然災(zāi)害嚴(yán)重的國家之一，雨雪冰凍天氣造成的線路覆冰問題一直沒有得到很好的解決，而線路覆冰對(duì)電網(wǎng)的破壞很大。要預(yù)測和控制這些自然災(zāi)害，只有輸電線路的電氣運(yùn)行參數(shù)是不夠的。例如，要研究輸電線路的覆冰問題，就必須收集與成結(jié)冰機(jī)理直接相關(guān)的線路周圍的局部氣象參數(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)輸電線路的局部氣象參數(shù)采集，必須設(shè)計(jì)局部氣象參數(shù)在線監(jiān)測裝置，以便為更高層次的應(yīng)用決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)輸電線路局部氣象監(jiān)測、基于“DSP+CPLD”的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測裝置，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力、風(fēng)速和風(fēng)向等參數(shù)的測量。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該裝置包括數(shù)據(jù)采集裝置以及外圍的測量傳感器和變送器。數(shù)據(jù)采集裝置選用TI公司的DSP芯片TMS320VC33(簡稱VC33)。它具有豐富的指令系統(tǒng)、哈佛總線結(jié)構(gòu)、高速數(shù)據(jù)處理能力。

地址譯碼和時(shí)序控制電路由CPLD實(shí)現(xiàn)，用于協(xié)調(diào)硬件各部分之間的工作。Lattice公司的CPLD芯片ispLSI2032A具有在系統(tǒng)可編程能力和在系統(tǒng)診斷能力，可以實(shí)現(xiàn)硬件功能的軟件在線修改，簡化硬件設(shè)計(jì)，提高硬件系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由它實(shí)現(xiàn)所有擴(kuò)展設(shè)備的地址譯碼功能、外部存儲(chǔ)器訪問等待狀態(tài)信號(hào)，以及其他DSP與外設(shè)的訪問定時(shí)信號(hào)的產(chǎn)生，并擴(kuò)展出幾個(gè)數(shù)字I／O口。采用CPLD實(shí)現(xiàn)VC33與外設(shè)之間的控制信號(hào)，具有時(shí)序嚴(yán)格、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中，ispLS12032A的仿真掃描接口為JTAG接口；其軟件采用ABEL語言編寫，在Synario開發(fā)環(huán)境下完成設(shè)計(jì)輸入、設(shè)計(jì)文件處理、布線前仿真、設(shè)計(jì)適配、布線后仿真、程序下載等過程。

2．1 外部存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器的選取原則是：存取速度和總線電平必須和VC33相匹配。設(shè)定VC33的工作模式為Microcomputer／Bootloader，存儲(chǔ)器空間分配如下：

①程序SRAM。起始地址810000h，長度64K字，運(yùn)行時(shí)存放VC33的程序代碼，由2片Cypress公司的64K×16位高速CY7C1021V33-12VI組成。

②數(shù)據(jù)SRAM。起始地址820000h，長度64K字，VC33的運(yùn)行變量空間同樣由2片CY7C1021V33-12Ⅵ組成。

③Flash ROM。起始地址400000h，長度3FFFFh字節(jié)，存放VC33的BOOT TABLE，采用1片ISSI公司的快速Flash芯片IS28F020。

④NVRAM。起始地址C00000h，長度3FFh字節(jié)，存放重要的運(yùn)行參數(shù)，可在線修改且掉電后數(shù)據(jù)不丟失，采用1片Dallas公司的非易失性RAM。

2．2 DSP與外部通信接口電路和人機(jī)界面

通信功能包括兩部分：與PC機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)水源熱泵運(yùn)行數(shù)據(jù)的上傳，這些數(shù)據(jù)可用于進(jìn)一步的分析；與LCD(液晶顯示器)的通信，并與鍵盤接口電路構(gòu)成人機(jī)界面。VC33與LCD芯片SC16C750B的串口通信接口電路如圖1所示。

VC33與PC機(jī)、LCD之間的通信符合串口通信規(guī)約RS232，其物理接口皆由。EXAR公司的UART芯片ST16C550加上一片Maxim公司的RS232接口驅(qū)動(dòng)芯片MAX3232擴(kuò)展而來，工作模式為查詢式。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)總要進(jìn)行人機(jī)交互(包括在LCD上顯示運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)置運(yùn)行參數(shù)等)，因此還必須設(shè)計(jì)鍵盤接口。本文選用1片東芝公司的82C79 芯片完成4×4鍵盤矩陣的掃描。82C79的工作模式設(shè)置為譯碼掃描鍵盤工作方式，并占有VC33的INT2中斷。當(dāng)有按鍵動(dòng)作時(shí)，82C79產(chǎn)生中斷信號(hào)給VC33，VC33調(diào)用鍵盤掃描程序讀取所按鍵的編碼。