基于DSP與CPLD的輸電線(xiàn)路局部氣象監測裝置設計

1 概 述

輸電線(xiàn)路的狀態(tài)直接決定著(zhù)整個(gè)電網(wǎng)的安全穩定運行，輸電線(xiàn)路微氣象參數的實(shí)時(shí)監測能夠為電網(wǎng)正常調度、以及自然災害預測和控制提供必要的現場(chǎng)信息。輸電線(xiàn)路是電力系統的關(guān)鍵元件之一。為了安全、穩定地運行，調度系統往往會(huì )收集輸電線(xiàn)路的電氣參數和運行工況參數(如輸電線(xiàn)的型號、排列方式，以及其上的潮流分布信息等)，并進(jìn)行適當的控制。在電力系統的研究成果中，更多的是關(guān)注潮流優(yōu)化、系統故障和系統穩定性問(wèn)題，而在氣象條件對輸電線(xiàn)路的影響方面的研究相對不足。

我國是輸電線(xiàn)路自然災害嚴重的國家之一，雨雪冰凍天氣造成的線(xiàn)路覆冰問(wèn)題一直沒(méi)有得到很好的解決，而線(xiàn)路覆冰對電網(wǎng)的破壞很大。要預測和控制這些自然災害，只有輸電線(xiàn)路的電氣運行參數是不夠的。例如，要研究輸電線(xiàn)路的覆冰問(wèn)題，就必須收集與成結冰機理直接相關(guān)的線(xiàn)路周?chē)木植繗庀髤怠?/p>

為了實(shí)現輸電線(xiàn)路的局部氣象參數采集，必須設計局部氣象參數在線(xiàn)監測裝置，以便為更高層次的應用決策提供基礎數據。本文設計了一種能夠實(shí)現輸電線(xiàn)路局部氣象監測、基于“DSP+CPLD”的實(shí)時(shí)數據采集和監測裝置，可以實(shí)現環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力、風(fēng)速和風(fēng)向等參數的測量。

2 系統硬件設計

該裝置包括數據采集裝置以及外圍的測量傳感器和變送器。數據采集裝置選用TI公司的DSP芯片TMS320VC33(簡(jiǎn)稱(chēng)VC33)。它具有豐富的指令系統、哈佛總線(xiàn)結構、高速數據處理能力。

地址譯碼和時(shí)序控制電路由CPLD實(shí)現，用于協(xié)調硬件各部分之間的工作。Lattice公司的CPLD芯片ispLSI2032A具有在系統可編程能力和在系統診斷能力，可以實(shí)現硬件功能的軟件在線(xiàn)修改，簡(jiǎn)化硬件設計，提高硬件系統的穩定性。由它實(shí)現所有擴展設備的地址譯碼功能、外部存儲器訪(fǎng)問(wèn)等待狀態(tài)信號，以及其他DSP與外設的訪(fǎng)問(wèn)定時(shí)信號的產(chǎn)生，并擴展出幾個(gè)數字I／O口。采用CPLD實(shí)現VC33與外設之間的控制信號，具有時(shí)序嚴格、穩定可靠的特點(diǎn)。在本設計中，ispLS12032A的仿真掃描接口為JTAG接口；其軟件采用ABEL語(yǔ)言編寫(xiě)，在Synario開(kāi)發(fā)環(huán)境下完成設計輸入、設計文件處理、布線(xiàn)前仿真、設計適配、布線(xiàn)后仿真、程序下載等過(guò)程。

2．1 外部存儲器

存儲器的選取原則是：存取速度和總線(xiàn)電平必須和VC33相匹配。設定VC33的工作模式為Microcomputer／Bootloader，存儲器空間分配如下：

①程序SRAM。起始地址810000h，長(cháng)度64K字，運行時(shí)存放VC33的程序代碼，由2片Cypress公司的64K×16位高速CY7C1021V33-12VI組成。

②數據SRAM。起始地址820000h，長(cháng)度64K字，VC33的運行變量空間同樣由2片CY7C1021V33-12Ⅵ組成。

③Flash ROM。起始地址400000h，長(cháng)度3FFFFh字節，存放VC33的BOOT TABLE，采用1片ISSI公司的快速Flash芯片IS28F020。

④NVRAM。起始地址C00000h，長(cháng)度3FFh字節，存放重要的運行參數，可在線(xiàn)修改且掉電后數據不丟失，采用1片Dallas公司的非易失性RAM。

2．2 DSP與外部通信接口電路和人機界面

通信功能包括兩部分：與PC機的通信，實(shí)現水源熱泵運行數據的上傳，這些數據可用于進(jìn)一步的分析；與LCD(液晶顯示器)的通信，并與鍵盤(pán)接口電路構成人機界面。VC33與LCD芯片SC16C750B的串口通信接口電路如圖1所示。

VC33與PC機、LCD之間的通信符合串口通信規約RS232，其物理接口皆由。EXAR公司的UART芯片ST16C550加上一片Maxim公司的RS232接口驅動(dòng)芯片MAX3232擴展而來(lái)，工作模式為查詢(xún)式。

實(shí)時(shí)數據采集系統在運行時(shí)總要進(jìn)行人機交互(包括在LCD上顯示運行狀態(tài)、設置運行參數等)，因此還必須設計鍵盤(pán)接口。本文選用1片東芝公司的82C79 芯片完成4×4鍵盤(pán)矩陣的掃描。82C79的工作模式設置為譯碼掃描鍵盤(pán)工作方式，并占有VC33的INT2中斷。當有按鍵動(dòng)作時(shí)，82C79產(chǎn)生中斷信號給VC33，VC33調用鍵盤(pán)掃描程序讀取所按鍵的編碼。