基于TMS320F28035的三相电压保护程序设计

陕西理工学院毕业设计毕 业 设 计题 目： 基于 TMS320F28035 的三相电压保护程序设计 学院 系： 物电学院 专业班级： 电信 1201 班 姓 名： 李楠 学 号： 1210064026 指导教师： 杨创华 陕西理工学院毕业设计基于 TMS320F28035 的三相电压保护程序设计李楠（陕理工物理与电信工程学院电子信息科学与技术专业 1201 班，陕西汉中 723001）指导教师：杨创华摘要 本文主要研究基于TMS320F28035的三相电压保护程序设计， 设计一套保护装置，用于对逆变电源的输出电压进行瞬时值、有效值、频率、相位监测。当逆变电源的输出电压异常时，根据保护设置的策略和参数输出保护信号。防止逆变电源的输出不受控制，输出电压出现异常，导致负载设备的不正常工作或损坏。关键词 频率；逆变电源；TMS320F28035；有效值Design of three phase voltage protection program based on TMS320F28035 LiNan（Grade12,Class1,Major Electronic Information Science and Technology,Physics Dept.,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723001,Shaanxi）Tutor: YangChuangHuaAbstract : The three-phase voltage protection program design based on TMS320F28035 is mainly studied in this paper, design a set of protection device, instantaneous value, effective value, frequency and phase monitoring for the output voltage of the inverter power supply. When the output voltage of inverter power supply is abnormal, according to the protection setting strategy and parameters of output signal protection. To prevent the output of the inverter power supply is not controlled, the output voltage is abnormal, resulting in abnormal work load or damaged equipment.Key words: Frequency; inverter power supply; TMS320F28035; effective value 陕西理工学院毕业设计目录引言 .11 课题研究背景和意义 .11.1 课题研究的背景 . 11.2 课题研究的意义 .12 系统设计 .12.1 方案设计 .12.2 方案论证 .22.2.1 主控芯片的选择 .22.2.2 串口模块的选择 .22.2.3 调理模块的选择 .23 器件选型及简介 .23.1 DSP 芯片简介 .23.1.1 DSP 芯片概述 .23.1.2 DSP 芯片的发展 .23.1.3 DSP 芯片的分类 .23.1.4 DSP 系统的特点 .23.1.5 DSP 系统的应用 .33.2 TMS320F28035 简介 .33.2.1 TMS320F28035 的特点 .33.2.2 TMS320F28035 的性能 .43.3 MAX232 简介 .4陕西理工学院毕业设计3.3.1 概述 .43.3.2 MAX232 引脚介绍 .43.3.3 MAX232 特点 .43.4 LM324 简介 .53.4.1 概述 .53.4.2 LM324 引脚介绍 .53.4.3 LM324 应用电路 .53.5 霍尔电压传感器简介 .53.5.1 概述 .53.5.2 霍尔传感器的工作原理 .64 系统硬件设计 .64.1 降压电路设计 .64.2 整形电路设计 .64.3 串口电路设计 .74.4 保护电路设计 .75 系统软件设计 .85.1 软件概述 .85.1.1 软件开发的意图 .85.1.2 软件的主要功能 .85.1.3 软件需求汇总 .85.2 软件总体功能框图 .85.3 软件算法设计 .9陕西理工学院毕业设计5.3.1 频率检测算法设计 .95.3.2 缺相检测算法设计 .95.3.3 错相检测算法设计 .95.3.4 有效值计算算法设计 .95.4 Modbus 通信简介 .95.4.1 概要 .95.4.2 Modbus 协议介绍 .95.4.3 Modbus-RTU 通信规约 .105.5 软件时序图 .115.6 主程序流程图 .115.7 子程序程序流程图 .125.7.1 Modbus 通信程序流程图 .125.7.2 故障检测程序流程图 .126 结束语和展望 .13参考文献 .14附录 A .15附录 B .22陕西理工学院毕业设计第 0 页 共 22 页引言电源设备广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施及人民生活等各个方面，是电子设备和机电设备的基础，它与国民经济各个部门相关，在工农业生产中应用得最为广泛 1。也就是说，凡是涉及电子和电工技术的所有领域都要用到电源设备，它不仅提供优质的电能，还对科学技术的发展产生了巨大的影响，例如超小型、高效率的高频开关电源的出现，促进了航空航天和舰船技术的发展;不间断电源(UPS)的出现大大提高了计算机、通信、导航、医疗等设备的可靠性;脉冲电源广泛应用于电焊、电镀等行业，节省了大量的电能和原材料。从而可以看出电源技术的研究对国民经济的发展具有重大意义。1 课题研究背景和意义1.1 课题研究的背景我们处在一个“移动”的时代，移动办公，移动通讯，移动休闲和娱乐。在移动的状态中，人们不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电，同时更需要我们在日常环境中不可或缺的 220 伏交流电，逆变器就可以满足我们的这种需求。1.2 课题研究的意义逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220V,50Hz正弦波）。它由逆变桥滤波电路、控制逻辑组成。广泛适用于冰箱、电动砂轮、家庭影院、电动工具、缝纫机、VCD、DVD电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、空调、录像机、按摩器、风扇、照明等 2。在国外因汽车的普及率较高外出工作或外出旅游即可用逆变器连接蓄电池带动电器及各种工具工作。把家用电器连接到电源转换器的输出端就能在汽车内使用各种电器。可使用的电器有：手机、笔记本电脑、数码摄像机、照像机、照明灯、电动剃须刀、CD 机、游戏机、掌上电脑、电动工具、车载冰箱及各种旅游、野营、医疗急救电器等。2 系统设计2.1 方案设计主控芯片P C信号调理串口模块图 2.1 系统框图本系统由控制器模块、模拟量采集模块、串口通讯模块、信号调理模块以及上位机人机交互模块组成, 系统框图如图 2.1 所示。由于电力数据采集信号为高电压信号，因此，首先要将其经过信号调理电路调理,将高电压信号转换为适合模数转换器输入范围的电压，再经过模数转换器 ADC 将模拟电压信号转换为数字信号, 再由主控芯片进行数据处理，计算出模拟电压信号的有效值、频率、相位。电力数据经采集处理后, 进行故障检测，由主控器输出故障信息，同时为了使数据显示陕西理工学院毕业设计第 1 页 共 22 页更加直观以及远程监控, 通过串口与上位机通信，在上位机实时显示电压有效值、频率和故障信息。2.2 方案论证 2.2.1 主控芯片的选择方案一：采用单片机作为控制核心，单片机控制功能较强。在程序相互调用方面，处理方便灵活，性能稳定，适合实际应用。且单片机技术发展较为成熟，价格便宜。但单片机数据运算能力较差，实时性不高。方案二：采用 DSP 作为控制核心，DSP 是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法，运算能力很强，速度很快，价格适中。综合分析本课题控制功能要求较弱对数据运算要求较高，采用 DSP 作为控制核心可更为简便灵活地实现系统功能，故拟采用方案二。2.2.2 串口模块的选择方案一：采用.RS-232 总线，RS-232 为双工通信，仅需要一条发送线、一条接收线及一条地线，电路简单，但通信距离距离较短例如，采用 150pF/m 的通信电缆时，最大通信距离为 15m。方案二：采用.RS-485 总线，RS-485 采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，传输距离远可达几十米到上千米。但 RS-485 采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态。综合分析本课题对传输距离未作要求，以及通信要求双工通信，采用.RS-232 总线进行通信，可以满足课题需求，故拟采用方案一。2.2.3 调理模块的选择 方案一：采用变压器和桥式整流进行信号调理，电路简单易于实现，但变压器价格较高，有铁芯损耗，电压转换精度较低且理论计算出的电压变比较大给变压器选型带来困难。方案二：采用霍尔传感器和加法电路进行信号调理，霍尔传感器并具有精度高、线性好、频宽、响应快等特点，价格适中。基于以上分析和本课题的精度要求，采用采用霍尔传感器和加法电路进行信号调理，可以满足课题需求，故拟采用方案二。3 器件选型及简介3.1 DSP芯片简介3.1.1 DSP芯片概述DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。DSP芯片的内部采用程序分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法 3。3.1.2 DSP芯片的发展 4世界上第一个单片DSP芯片是1978年AMI公司宣布的S2811，1979年Iintel公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片发展的一个重要里程碑。这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所有的单周期芯片。1980年，日本NEC公司推出的PD7720是第一个具有乘法器的商用DSP芯片。第一个采用CMOS工艺生产浮点DSP芯片的是日本的Hitachi公司，它于1982年推出了浮点型DSP芯片。1983年，日本Fujitsu公司推出的MB8764，具有双内部总线，从而使处理的数据量发生了一个大的突破。而第一个高性能的浮点DSP芯片是ATVi+(+)为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。3.4.2 LM324引脚介绍LM324是最常用的运算放大器1，2，3脚是一组5，6,7脚是一组，8，9，10脚是一组，12，13,14脚是一组，剩下的两个脚是电源，1，7,8,14是各组放大器的输出脚，其它的是输入脚。3.4.3 LM324应用电路因为LM324运放电路具有静态功耗小，电源电压范围宽，可单电源供电,价格低廉等优点,所以被大量的应用在各种电路中。 下面介绍其主要应用实例。 图 4.6 反相交流放大电路 图 4.7 同相交流放大电路 1.LM324 作反相交流放大器图 4.6 为反相交流放大器。此放大器可以代替晶体管进行交流放大,可以用于扩音机前置放大等。放大器使用单电源供电, 由 R1 和 R2 组成 1/2V+偏置,C1 为消振电容。放大器电压放大倍数 Av由外接电阻 Rf、Ri 决定：Av=-Rf/Ri。负号表示输