智能配电网监测系统的实现是嘛

智能配电监测系统的实现

电能质量是衡量电质量的标准，电能质量问题包含电压凹陷（sag）、电压隆起（swell）、尖峰脉冲（spikes）、谐波畸变（QCP(质量循环聚合物harmonic aberration）和电气噪声（electric yawp）等，其中对电能质量影响最大的就是谐波畸变。因此，本系统的设计就是以对谐波畸变分析为主要目的。这方面的研究比较多，而且也开发出了相应的设备。以往的配电监测设备多以51、96系列单片机为处理器，在精度和速度方面都不能满足电力系统的要求，还有就是用TI公司的DSP作为处理器，并配合ADC来完成系统设计。

ADI公司先后上市了ADE7753、ADE7758等电力测量专用芯片，并成功地将它们应用到电当中。最近，ADI公延伸率小司又推出了高性能的强强组合，即DSP＋ADC的电力测量方案。此监控系统就是采用这一组合实现的。

图1 系统硬件设计框图

图2 软件框图

ADC简介

AD73360是ADI公司推出的一款专门应用于电能质量监测的IC，与一般ADC相比，AD73360有如下优势：6路独立的A/D转换通道，不仅互不干扰，而且严格保证采样同步；高精度，6个16位转换精度转换通道非常适合电能质量监测的需要。采样速率可在8KHz、16KHz、32KHz范围内编程设置，适应范围广。AD73360为适应不同的场合提供了直流/交流、单端/差动4种不同的输入方式；采用串行接口，与DSP芯据了解片的连接非常简单。

无论从精度、速度、采样路数或者同步采样的实现来考虑，在电力监测系统中使用AD73360都是比较理想的选择。

DSP简介

系统采用的DSP处理芯片ADSP2191M是ADI公司的16位定点DSP。ADSP2191M处理器具有的资源概括如下：可访问的存储空间大小为16M words，分为256页，每页的大小为64K words，其中第0页是内部RAM，第255页是内部ROM，其它空间被分为4个部分，并由ms0～ms3进行选择。有256页I/O存储区间，每页的大小为1K words，其中前8页为内部I/O存储区间，其它为外部I/O存储区间。处理器有一个主机接口、3个同步串行接口、两个SPI接口、16个可编程标志引脚、1个异步串行接口和3个32位定时器。

与AD73360连接必须采用串行总线方式，ADSP2191M就有3个这样的同步串口。

硬件电路设计

整个系统的硬件设计以ADSP2191M和AD73360为核心，再配以周边电路完成。硬件设计的框图如图1所示。

由图1可以看出，系统的硬件设计非常简单，而且没有最麻烦的同步保持电路和系统存储空间的扩展。这是因为AD73360能够实现多通道的同步转换，免除了同步保持电路的设计、ADSP2191M内部具有64K RAM，能够满足系统设计的要求。在系统硬件设计中，传感器用来将配电参数的电能信号转化为ADC的输入信号，然后送到AD73360进行同步采样，转换后的采样数据通过同步串口传入DSP处理器，进行数据处理、谐波分析和其它操作。最后，处理器将分析结果送到LCD进行显示，并通过串口送到PC进行相应的处理。Flash用来存放系统代码。

整个系统设计中，Flash和LCD为基本的系统扩展，异步串口为基本的开发，这里只介绍一下DSP处理器与ADC的连接。它们必须通过串行接口，其中ADSP2191M为6线串行方式，而AD73360为5线的串行方式，它们的区别在于前者的串行时钟分为串口发送时钟和串口接收时钟，是彼此独立的，而后者合二为一。比较时序图会发现，二者时序基本相同，但要控制AD73360，处理器还必须能够满足下面的要求：串口工作方式可设置为外部时钟模式，串口字长可达到16bit，发送和接收的每个字都有同步帧信号，对处理器而言，接收同步帧信号为输入信号，发送同步帧信号为输入氧指数只是新国标检测保温材料燃烧性能的附加条件信号，帧同步信号产生在串口字高位出现的前一个时钟周期，帧同步信号为高有效。

作为AD73360的同类处理器，ADSP2191M可以通过设置轻易地达到上述要求。

图3 硬件系统分析与理论分析对比

系统软件设计

系统的软件设计比较复杂，分为A/D采样控制、LCD控制、串口传输、数据处理和谐波分析算法等几个部分。整个软件框图如图2所示。

其中，谐波分析算法代码量最大，也最重要，系统对配电电能质量的分析就由它来完成；Flash驱动代码用于对Stm29w040进行驱动，它不在系统监测中使用，而是用来实现程序代码的下载。在系统开发代码的语言选择上，采用DSP汇编语言和C语言相结合的方式，以C语言为主，汇编语言为辅。

219x_int_m文件的处理：在介绍整个系统流程之前，先介绍一下219x_int_m文件。当软件主函数存在于C文件的时候，219x_int_m 文件被系统默认为项目的一部分，并对项目进行中断向量初始化。当中断发生后，程序指针跳转到该文件的相应位置，通过___lib_int_determiner函数来寻找中断服务程序的入口，一旦找不到服务程序入口，就会造成程序死锁，无法正常运行，而采用C语言实现中断函数比较复杂。为了提高系统开发速度，减少系统程序代码，系统开发