基于DSP的繼電保護測試儀信號采集裝置硬件設計

2 系統硬件設計
2．1 電壓、電流采樣電路設計
本系統采集三相電壓、三相電流以及中性線(xiàn)的兩路電壓和電流信號。電壓和電流的采樣電路類(lèi)似，電壓采用電壓互感器，電流采用電流互感器，通過(guò)運放OPA2277組成電壓和電流采樣電路。電壓采集電路如圖2所示。圖2中，T1為電壓互感器。電壓互感器出來(lái)的信號通過(guò)OPA2277處理后送入數據選擇器AD7502的S1輸入引腳。其他7路電壓和電流信號分別送入AD7502的另外7個(gè)輸入引腳。

2．2 程控濾波電路設計
系統中選用數據選擇器AD7502作為四路電壓和四路電流信號的模擬開(kāi)關(guān)。濾波電路選用OPA2277來(lái)實(shí)現，電路原理圖如圖3所示。其中，AD7502的A0，A1接DSP通用I／O口的GPIOB4，GPIOB5口，EN引腳接高電平。GPIOB4，GPIOB5輸出不同值來(lái)控制AD7502不同通道的接通，從而將8路信號依次送入兩片A/D轉換器。

2．3 A／D轉換電路與DSF接口電路的設計
A／D轉換器是模／數轉換電路中的核心器件，在整個(gè)測量系統中占有重要地位。如果模／數轉換器的位數低時(shí)，將引起較大的測量誤差，本裝置選用德州儀器(TI)公司的A／D芯片ADS- 8515作模／數轉換器。ADS8515是采樣率為250 KSPS的16位并行A／D轉換器，輸入電壓范圍能達到±10 V。ADS8515屬于逐次逼近寄存器型(簡(jiǎn)稱(chēng)SAR型)A／D轉換器，這種結構的轉換器通過(guò)輸入的模擬信號與比較器逐次比較來(lái)輸出數字信號，是目前應用最多的轉換器類(lèi)型。SAR型A／D轉換器的功耗比較低，體積比較小，而且A／D內部通常具有采樣保持器，它可以維持采樣電壓直到轉換結束，且其轉換速率很快。ADS8515和DSP的接口電路如圖4所示。

由于TMS320F2812的I／O電壓是3．3 V電平，而ADC則是5 V電平，因此需要電平轉換芯片74LVC245來(lái)實(shí)現隔離功能。ADS8515的控制是通過(guò)對片選信號CS、啟動(dòng)信號R／C以及對狀態(tài)信號BUSY的查詢(xún)來(lái)實(shí)現的。BUSY，CS，R／C，分別接DSP的中斷信號引腳XINT1和通用I／O接口GPIOB0，GPIOB1。為了保證雙DSP的同步采樣，防止數據輸出時(shí)兩DSP數據的串擾，采用將另一個(gè)DSP的片選信號CS和啟動(dòng)信號R／C分別接DSP的通用I／O接口GPIOB2和GPIOB3的方法。這樣可以保證雙DSP同步采樣，并依次讀取兩個(gè)A／D中的數據。
2．4 同步信號獲取與識別電路設計
為了實(shí)現A／D轉換器的交流同步采樣，本方案的設計電路如圖5所示。方案選用多個(gè)OPA22 77和比較器MAX998來(lái)組成信號的獲取與識別電路，從而克服了非整周期采樣帶來(lái)的頻率泄露誤差，實(shí)現嚴格的同步采樣和等間隔采樣。圖5中，K3C為繼電器，用作開(kāi)關(guān)使用，用來(lái)通斷選擇獲取的一路交流電壓信號和一路交流電流信號。OPA2277組成放大和濾波電路。二極管D2，D3的作用是保護比較器MAX998，防止電壓過(guò)大而擊穿MAX998。