MCU CPLD變壓器測試系統設計
1引言
本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/227450.htmBX型信號變壓器,BG型軌道變壓器和ZG型硅整流器作為鐵路信號電器設備的前端,其工作的穩定性、準確性直接關(guān)系到行車(chē)安全,變壓器的可靠檢測是嚴抓質(zhì)量的第一步,對于生產(chǎn)廠(chǎng)家而言,測試流程不允許抽樣,且測試結果應留檔。本套測試系統用來(lái)測試鐵路變壓器的各種要求參數,包括原邊空載電流、次邊空載電壓、次邊帶載電壓電流,變壓器絕緣電阻、原邊電壓頻率,測量結果精度要求3%,測試系統分為上下位機兩大部分,下位機運用智能儀表的設計思想,在MCU和CPLD控制基礎上對各種要求測試參數分別進(jìn)行自動(dòng)測試,上位機上采用VC++6.0編寫(xiě)軟件實(shí)現串口通訊,歸類(lèi)統計并判斷是否合格,存儲打印結果,系統滿(mǎn)足操作簡(jiǎn)單可靠,提高效率,減少誤差。
2 功能介紹
下位機以80C196KC作為控制中樞,其主程序框圖見(jiàn)圖1,變壓器接入測試儀測試端后接通電源,打開(kāi)測試儀,測試儀首先進(jìn)行初始化,包括PSD,全局變量、串口、中斷8253計數器,LCD等的初始化,然后進(jìn)行自檢,包括檢查測試儀內部電路是否正常,是否響鈴(由變壓器輸入端電壓接反引起的報警),連續檢測8個(gè)周期的輸入端電壓并判斷輸入電源是否接好,電壓是否正常,通訊是否正常,自檢過(guò)程是串級檢測(任一項自檢不合格就閃燈報警),MCU根據鍵入值顯示工作狀態(tài),并調用子程序處理,人工輸入變壓器型號,監測儀進(jìn)入設置狀態(tài),控制相應繼電器動(dòng)作,將該變壓器所有副邊繞組接入測試端,并選擇合適量程,進(jìn)入測試狀態(tài),測完參數后MCU進(jìn)行處理并顯示相應變壓器測試結果,進(jìn)入判斷狀態(tài),判斷變壓器是否合格,不合格則觸發(fā)蜂鳴器報警,根據要求進(jìn)入通訊狀態(tài),向上位機發(fā)送和接收數據。
本設計采用MAX7000系列的EPM7128兩塊,其中第一塊CPLD(1)的主要功能如下:
(1)與A/D芯片(MAX125)相應片腳連接,控制模/數轉換并讀入其結果,MAX125為并行輸出,是以字進(jìn)行操作的,所以一次要讀14位,用兩個(gè)字節鎖存。
(2)通過(guò)系統總線(xiàn),將A/D轉換結果傳給80C196進(jìn)行處理。
(3)將80C196處理過(guò)的需顯示的數據緩沖,產(chǎn)生LCD的數據(8位)總線(xiàn)驅動(dòng)。
(4)鍵盤(pán)響應。
(5)JTAG功能。
第二塊CPLD(簡(jiǎn)稱(chēng)CPLD(2))依據MCU發(fā)出的指令或輸入型號譯碼后驅動(dòng)控制與該型號二次繞組對應的繼電器吸合與釋放動(dòng)作,并選擇量程。由于繼電器沒(méi)有地址,所有操作他的數據必須同時(shí)發(fā)送,即使只改變一個(gè)繼電器的狀態(tài),仍然要把沒(méi)有改變的繼電器的數據同時(shí)送給CPLD鎖存,所以譯碼是必需的。
CPLD的功能結構示意圖如圖2所示,可以認為,CPLD在下位機中起著(zhù)重要的關(guān)聯(lián)作用,一方面,他與MCU相互通訊,并受MCU控制,另一方面,CPLD又執行著(zhù)對前端電路、鍵盤(pán)、LCD和繼電器板等的操作任務(wù),所以從系統總體的角度出發(fā),CPLD完成一些接口功能。
3 頻率跟蹤測量技術(shù)
本系統需要對變壓器的電壓、電流和頻率等進(jìn)行交流采樣,而交流采樣應用成功與否,頻率的準確測量是一個(gè)關(guān)鍵,因為我們是取8個(gè)正常采樣周期的平均電壓、電流值,而且由于不同型號變壓器的輸出頻率不一,本身也需要測量頻率。響應時(shí)間、測量精度以及硬件要求是測頻方法的主要指標。
我們可以定量分析一下由電壓信號頻率波動(dòng)所引起的電壓信號有效值誤差的大小。
一般工頻頻率的波動(dòng)常常要到0.1Hz以上,即δf>0.1/50=0.5%,則對電壓信號有效值的影響要達到0.25%,所以應實(shí)現采樣頻率對工頻頻率的在線(xiàn)自動(dòng)跟蹤,以保證測量精度。
考慮到系統的頻率不是變化很快,要實(shí)現采樣頻率隨系統工頻的變化而
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