風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

風(fēng)能是一種用之不竭、清潔的可再生能源，在眾多可再生能源中具有很大潛力。我國(guó)風(fēng)力資源豐富，研究發(fā)展適合風(fēng)力發(fā)電使用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值[1]。風(fēng)力發(fā)電機(jī)研制成功后，為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與安全，出廠前的測(cè)試顯得至關(guān)重要。目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)試參數(shù)單一，需用多個(gè)測(cè)試設(shè)備分別測(cè)試不同的參數(shù)。
　 針對(duì)目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)測(cè)試設(shè)備的缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一套基于數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C5416的功能全面的風(fēng)力發(fā)電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，解決了以往測(cè)試儀器功能單一的問(wèn)題。其中數(shù)據(jù)采集部分是整個(gè)系統(tǒng)高精度測(cè)量的關(guān)鍵所在。本數(shù)據(jù)采集部分以THS1206和ADS7864為核心，采用CPLD和DSP對(duì)兩種采集芯片進(jìn)行邏輯控制與數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)采集22個(gè)通道的數(shù)據(jù),分別為8路交流電壓、8路交流電流、2路直流電壓、2路直流電流和2路4~20 mA信號(hào)。由于本測(cè)試系統(tǒng)需對(duì)交流部分進(jìn)行頻譜分析,對(duì)于需要進(jìn)行頻譜分析部分采用最高速率為6 MS/s的THS1206，不需進(jìn)行頻譜分析的部分采用可同步采樣的ADS7864。采樣轉(zhuǎn)換精度為12 bit，利用前端信號(hào)調(diào)理電路可將待測(cè)信號(hào)調(diào)理到-5 V~+5 V，這種結(jié)構(gòu)很好地滿足了風(fēng)力發(fā)電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的精度高、速率快、簡(jiǎn)單可靠的要求。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
　 本文的風(fēng)力發(fā)電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)總體實(shí)現(xiàn)框圖如圖1所示，主要組成部分為DSP和2種A/D芯片(分別為4片THS1206和4片ADS7864)。圖中，8路0～1 500 V的交流電壓和8路0～10A的交流電流首先經(jīng)過(guò)交流電壓互感器和交流電流互感器后分別變?yōu)?5 V～+5 V交流電壓和0～5 A的交流電流。此外，本系統(tǒng)需測(cè)試的還有2路0 ~1 500 V直流電壓，2路0~100 mA直流電流，2路4~20 mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。22路需測(cè)試的信號(hào)全部經(jīng)過(guò)各自的信號(hào)調(diào)理電路,將電壓范圍調(diào)理到A/D芯片適用的范圍。核心器件CPU采用TI公司的TMS320C5416, TMS320C5416是一種低功耗、高性能的16位定點(diǎn)DSP芯片，速度為160 MIPS，集實(shí)時(shí)信號(hào)處理能力和控制器外設(shè)功能于一身。滿足測(cè)試系統(tǒng)要求，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與處理。大規(guī)模可編程邏輯器件CPLD主要完成系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的總線（數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線）管理。時(shí)鐘電路可方便顯示整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的采樣開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間，可具體顯示到年、月、日、時(shí)、分、秒，方便觀看。LCD液晶顯示屏可方便觀測(cè)頻譜分析的諧波波形。鍵盤作為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的一個(gè)輸入設(shè)備，可控制系統(tǒng)啟動(dòng)。TMS320C5416本身內(nèi)部只有16 KB的ROM和128 KB的RAM，由于本測(cè)試系統(tǒng)需采集大量數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，所以有必要進(jìn)行存儲(chǔ)器外擴(kuò)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)及時(shí)存儲(chǔ)，其中SRAM用于存儲(chǔ)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，F(xiàn)lash存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可防止掉電時(shí)丟失，E²PROM用于存儲(chǔ)采樣頻率及前端互感器的變比等。通過(guò)USB接口連接PC機(jī)，用于保存每次的測(cè)量結(jié)果，方便管理與打印，利于查找。

2 測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 THS1206與TMS320C5416的接口電路
THS1206是TI公司推出的可編程、多通道、低功耗、內(nèi)置FIFO的12位并行高速A/D轉(zhuǎn)換芯片，功耗只有220 mW，最高采樣速率可達(dá)到6 MS/s,4通道同時(shí)采樣單通道采樣速率可達(dá)到1 MS/s以上，完全滿足本系統(tǒng)需要進(jìn)行頻譜分析的高速率要求[3]。
THS1206模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要特點(diǎn)是四個(gè)模擬通道可同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)相差采樣，即可同時(shí)由采樣方式轉(zhuǎn)換到保持方式下。四個(gè)模擬通道可設(shè)置為3種方式：(1)四個(gè)單通道輸入；(2)兩個(gè)差分通道輸入；(3)兩個(gè)單通道輸入和一個(gè)差分通道輸入。THS1206提供了三個(gè)參考電壓(1.5 V、2.5 V、3.5 V)。它的許多引腳功能是可編程的，這使得其與處理器的硬件接口很靈活，轉(zhuǎn)換結(jié)果以并行方式通過(guò)數(shù)據(jù)總線的D0~D11位來(lái)傳送。