基于DSP和CAN總線的RTU的設(shè)計
由于LF2407A 內(nèi)部集成CAN 總線控制器, 因此不必外加CAN 控制器來實現(xiàn)CAN 總線的底層協(xié)議, 只需在CAN 輸出端子和物理通道之間加上抗干擾的光隔和CAN 總線收發(fā)器即可。光隔采用TI 的8 腳雙通道高速光隔HCPL2631 ,CAN 收發(fā)器選用PHILIPS 公司的具有多種保護和抗干擾能力的PCA82C250 差動驅(qū)動器作為總線接口, 為了更好的解決射頻干擾問題, 通信介質(zhì)采用屏蔽電纜, 為了克服長線效應(yīng), 減小通信介質(zhì)中信號的反射, 在傳輸線兩端并聯(lián)2 個120 Ω 的匹配電阻。
該通信主控模塊系統(tǒng)有多個串行口與外界進行數(shù)據(jù)通信, 通信實時性要求也較高, 利用通用的I/O 口線來構(gòu)成串口在這里不適用, 選用具有四個異步通信單元的TL16C554A 芯片實現(xiàn)并-串轉(zhuǎn)換。由于PC、遠方通信端口都是RS232 端口, 同時為了能夠與傳統(tǒng)的485 設(shè)備兼容, 因此采用MAX232 芯片,MAX 1482 芯片將TL16C554A 串口輸出信號的TTL 電平轉(zhuǎn)化成RS232、RS485 電平。
為了保持通信主控模塊在功能上具有一定的獨立性, 選擇自帶T6963C 控制器漢字液晶顯示器模塊和4個按鍵一起構(gòu)成人機接口界面。顯示器對系統(tǒng)的通信狀態(tài)進行顯示,4 個按鍵完成用戶功能的設(shè)定, 包括模塊的地址、各種通信端口的波特率等。X5045 是為了在系統(tǒng)掉電時將一些系統(tǒng)參數(shù)保存起來, 當系統(tǒng)再次起動時就可以重新調(diào)入這些數(shù)據(jù)。擴展的高速靜態(tài)RAM 作為外部數(shù)據(jù)存儲空間和調(diào)試程序存儲空間。
3 信號測控模塊的電路設(shè)計
信號測控模塊的主要采集對象有: 經(jīng)過外部電壓和電流互感器轉(zhuǎn)化后的0~100 V 標準三相交流電壓和0~5 A 三相相電流; 反映變電站線路狀態(tài)及保護運行的開關(guān)量; 功率表脈沖量。按照信號的分類, 分別對應(yīng)于模擬量、開關(guān)量和脈沖量。信號測控模塊的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。
圖3 信號測控模塊的結(jié)構(gòu)原理圖
為了保證模擬量測量的精度和實時性, 對于模擬量的測量采用交流采樣和硬件電路同步的方法。硬件同步和頻率采樣電路主要由遲滯電壓比較電路、高速光藕、鎖相倍頻電路和脈沖整形電路組成。遲滯比較電路將交流正弦波輸入信號變?yōu)? ~5 V 的同頻率方波信號, 高速光耦6N137 將模擬部分和數(shù)字部分電路隔離開,鎖相倍頻電路由鎖相環(huán)電路CD4046 和三片可編程計數(shù)器芯片MC14522 構(gòu)成128 倍頻器,使輸出信號頻率為正弦輸入信號頻率的128 倍,并且跟隨輸入同步變化。MC14522 輸出的同步信號經(jīng)分壓后, 被送入TMS320LF2407A 的捕獲模塊CAP1、CAP2 用于頻率的測量。CD4046 輸出的同步倍頻信號經(jīng)脈寬整形后得到合適的脈沖信號,接A/D轉(zhuǎn)換器ADS7864 的/HOLDA、/HOLDB、/HOLDC, 選擇輸入的多路開關(guān)并且啟動A/D 轉(zhuǎn)換。ADS7864 是一塊高速(2 μs)、低功耗(50 mW)、單電源(+5 V)工作的雙12 位A/D轉(zhuǎn)換器。它能以500 kHz 的采樣速率同時進行6 通道信號采樣, 特別適用于電力監(jiān)控系統(tǒng)。ADS7864 的6 路輸入通道可分成3 對, 測量電力監(jiān)控應(yīng)用的三相, 并將模擬信號轉(zhuǎn)換成LF2407A 所需的數(shù)字信號, 存放在片內(nèi)6 個FIFO 寄存器中。為了提高系統(tǒng)的效率, 將ADS7864 的//BUSY信號接至CPLD, 由其判斷ADS7864 產(chǎn)生三個/BUSY 信號后產(chǎn)生一個中斷, 通知LF2407A 一次性讀走ADS7864 的FIFO 中6個轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)進行處理。另外,ADS7864采用雙極性(±5 V) 的輸入, 由于輸入的交流電壓信號為0~100 V, 電流信號為0~5 A, 因而需要加上信號調(diào)理和電平轉(zhuǎn)換電路。
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