基于ARM7TDMI的配電綜合測(cè)控儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
0 引言
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/272612.htm為了能對(duì)大量負(fù)荷進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)控。很多公司較早地研制了基于單片機(jī)技術(shù),能對(duì)配電變壓器或配電線(xiàn)路負(fù)荷運(yùn)行參數(shù)、電容器投切、電量采集等進(jìn)行綜合監(jiān)控的配電綜合測(cè)控儀。但是,由于供電系統(tǒng)負(fù)荷的復(fù)雜性,特別是用戶(hù)非線(xiàn)性負(fù)荷的大量使用,企業(yè)對(duì)諧波等電能質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越重視,因此,對(duì)配電綜合測(cè)控儀的要求也隨之提高,而且普遍要求增加諧波、頻率監(jiān)測(cè)和通信組網(wǎng)等功能。為了解決這些問(wèn)題。本文以PHILIPS公司的ARM7芯片LPC2220FBD144為核心,研制出了新一代的配電綜合測(cè)控儀。
1硬件電路設(shè)計(jì)
1.1硬件電路總體結(jié)構(gòu)
本裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,它主要由數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、鍵盤(pán)顯示、通信接口等單元組成。其中運(yùn)算處理單元是核心部分,用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)處理、快速傅立葉變換(FFT)等功能??紤]配電綜合測(cè)控儀要求的運(yùn)算速度、精度、硬件資源等需要,本設(shè)計(jì)選擇了PHILIPS公司的LPC2220FBD144型ARM7芯片。
該LPC2220FBD144芯片是LPC2200系列中性?xún)r(jià)比較好的一款ARM7芯片,采用LQFP封裝,四條邊上各有36個(gè)引腳。該芯片具有改進(jìn)的馮諾依曼結(jié)構(gòu)(指令和數(shù)據(jù)共用一條32位總線(xiàn)),采用三級(jí)流水線(xiàn),可以同時(shí)進(jìn)行幾個(gè)操作,并能使外處理和存儲(chǔ)器系統(tǒng)連續(xù)操作。該芯片內(nèi)嵌高達(dá)256KB的高速閃爍存儲(chǔ)器、64 KB靜態(tài)RAM、32位的算術(shù)邏輯單元、32位累加器、64位的乘法器以及精簡(jiǎn)指令集,其指令最短周期可以達(dá)到17 ns。這些特點(diǎn)使它的操作非常靈活,處理能力強(qiáng)并且速度快。由于其應(yīng)用程序可以固化在CPU內(nèi)部,因而不但可以降低成本、減少體積,系統(tǒng)升級(jí)也比較方便,而且它的功耗低、資源配置靈活,非常適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集和處理。
1.2數(shù)據(jù)采集電路
本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集電路由PT與CT、信號(hào)整理和A/D轉(zhuǎn)換三部分組成,實(shí)時(shí)電流和電壓經(jīng)過(guò)PT、CT以及信號(hào)整理電路后,可變成0~3.3 V的模擬信號(hào),然后經(jīng)模擬轉(zhuǎn)換電路完成數(shù)字化處理。數(shù)據(jù)采集部分的硬件電路如圖2所示(6路采集電路中的一路Ua)。
根據(jù)測(cè)量諧波等參數(shù)和數(shù)字抗頻率混疊的要求,本裝置對(duì)信號(hào)波形按每個(gè)周期128點(diǎn)進(jìn)行采樣,采樣周期為156μs。ARM7內(nèi)部的A/D是8路輸入的10位逐次逼模一數(shù)轉(zhuǎn)換器,由于它可以對(duì)電流和電壓進(jìn)行同步采樣,而且精度比較高,所以本設(shè)計(jì)沒(méi)有再使用其它外圍A/D芯片。
1.3存儲(chǔ)器和時(shí)鐘電路
存儲(chǔ)器主要由三星公司的NAND FLASH存儲(chǔ)器芯片組成.NAND FLASH是容量為16 MB的非易失閃爍存儲(chǔ)器芯片,可用于存放采集來(lái)的數(shù)據(jù)和已備上傳的歷史數(shù)據(jù)。
時(shí)鐘采用PHILIPS公司的PCF8563芯片。該芯片具有低功耗CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷,而且外圍接口簡(jiǎn)單,精度和可靠性高,工作穩(wěn)定。芯片最大總線(xiàn)速度為400 kbits/s,每次讀寫(xiě)數(shù)據(jù)后,其內(nèi)嵌的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生增量。PCF8563有16個(gè)8位寄存器,并有可自動(dòng)增量的地址寄存器、內(nèi)置32.768 kHz的振蕩器(帶有一個(gè)內(nèi)部集成電容)、分頻器(用于給實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC提供源時(shí)鐘)、可編程時(shí)鐘輸出、定時(shí)器、報(bào)警器、掉電檢測(cè)器和400 kHz的I2C總線(xiàn)接口等;同時(shí)具有計(jì)秒、分、時(shí)、星期、日、月、年以及閏年補(bǔ)償功能,可用二進(jìn)制數(shù)碼和BCD碼表示時(shí)間、日歷和定鬧。安上鋰電池以后,斷電情況下可以十年不丟失數(shù)據(jù),功能上完全可以滿(mǎn)足本裝置的需要。
1.4通訊電路
本產(chǎn)品采用了兩路通訊電路,一路為RS-485總線(xiàn)接口,另一路為RS-232總線(xiàn)接口。RS-485總線(xiàn)接口的總線(xiàn)收發(fā)器使用SP3485。SP3485是一個(gè)3.3 V的低功耗半雙工收發(fā)器,它完全滿(mǎn)足RS-485串行協(xié)議的要求,符合RS-485的電氣規(guī)范,數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)10 Mbps(帶負(fù)載)。由于RS-485總線(xiàn)所占用的IO口線(xiàn)與UART0的口線(xiàn)是復(fù)用的,所以,在進(jìn)行RS485總線(xiàn)通信時(shí),必須停止UART0接口的通信。RS485通信的方向由P2.16控制,當(dāng)P2.16為低時(shí),核心板接收總線(xiàn)數(shù)據(jù);當(dāng)P2.16為高時(shí),核心板向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù),其電路圖如圖3所示。
RS-232總線(xiàn)接口的總線(xiàn)收發(fā)器使用SP3232E。SP3232E系列芯片是一個(gè)2驅(qū)動(dòng)器/2接收器的低功耗器件,SP3232E有一個(gè)高效電荷泵,工作電壓為3.3 V時(shí),只需0.1μF電容就可以進(jìn)行操作。電荷泵允許SP3232E系列器件在3.3~5.0 V內(nèi)的某個(gè)電壓下發(fā)送符合RS-232的信號(hào)。由于本產(chǎn)品是3.3 V系統(tǒng),因此使用SP3232E進(jìn)行RS232電平轉(zhuǎn)換,其電路圖如圖4所示。
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評(píng)論