DSP与CPLD的输电线路局部气象监测装置设计

1、DSP与CPLD的输电线路局部气象监测装置设计    广西电力开发有限责任公司王胜许继工控系统有限公司景保福1概述输电线路的状态直接决定着整个电网的安全稳定运行，输电线路微气象参数的实时监测能够为电网正常调度、以及自然灾害预测和控制提供必要的现场信息。输电线路是电力系统的关键元件之一。为了安全、稳定地运行，调度系统往往会收集输电线路的电气参数和运行工况参数(如输电线的型号、排列方式，以及其上的潮流分布信息等)，并进行适当的控制。在电力系统的研究成果中，广西电力开发有限责任公司  王胜许继工控系统有限公司  景保福1  概述输

2、电线路的状态直接决定着整个电网的安全稳定运行，输电线路微气象参数的实时监测能够为电网正常调度、以及自然灾害预测和控制提供必要的现场信息。输电线路是电力系统的关键元件之一。为了安全、稳定地运行，调度系统往往会收集输电线路的电气参数和运行工况参数(如输电线的型号、排列方式，以及其上的潮流分布信息等)，并进行适当的控制。在电力系统的研究成果中，更多的是关注潮流优化、系统故障和系统稳定性问题，而在气象条件对输电线路的影响方面的研究相对不足。我国是输电线路自然灾害严重的国家之一，雨雪冰冻天气造成的线路覆冰问题一直没有得到很好的解决，而线路覆冰对电网的破坏很大。要预测和控制这些自然灾害，只有输电线路的电气

3、运行参数是不够的。例如，要研究输电线路的覆冰问题，就必须收集与成结冰机理直接相关的线路周围的局部气象参数。为了实现输电线路的局部气象参数采集，必须设计局部气象参数在线监测装置，以便为更高层次的应用决策提供基础数据。本文设计了一种能够实现输电线路局部气象监测、基于“DSP+CPLD”的实时数据采集和监测装置，可以实现环境温度、湿度、大气压力、风速和风向等参数的测量。2 系统硬件设计该装置包括数据采集装置以及外围的测量传感器和变送器。数据采集装置选用TI公司的DSP芯片TMS320VC33(简称VC33)。它具有丰富的指令系统、哈佛总线结构、高速数据处理能力。地址译码和时序控制电路由CPLD实现，

4、用于协调硬件各部分之间的工作。Lattice公司的CPLD芯片ispLSI2032A具有在系统可编程能力和在系统诊断能力，可以实现硬件功能的软件在线修改，简化硬件设计，提高硬件系统的稳定性。由它实现所有扩展设备的地址译码功能、外部存储器访问等待状态信号，以及其他DSP与外设的访问定时信号的产生，并扩展出几个数字IO口。采用CPLD实现VC33与外设之间的控制信号，具有时序严格、稳定可靠的特点。在本设计中，ispLS12032A的仿真扫描接口为JTAG接口；其软件采用ABEL语言编写，在Synario开发环境下完成设计输入、设计文件处理、布线前仿真、设计适配、布线后仿真、程序下载等过程。2.1

5、外部存储器存储器的选取原则是：存取速度和总线电平必须和VC33相匹配。设定VC33的工作模式为MicrocomputerBootloader，存储器空间分配如下：程序SRAM。起始地址810000h，长度64K字，运行时存放VC33的程序代码，由2片Cypress公司的64K×16位高速CY7C1021V33-12VI组成。数据SRAM。起始地址820000h，长度64K字，VC33的运行变量空间同样由2片CY7C1021V33-12VI组成。Flash ROM。起始地址400000h，长度3FFFFh字节，存放VC33的BOOT FABLE，采用1片ISSI公司的快速Flash芯片

6、IS28F020。NVRAM。起始地址C00000h，长度3FFh字节，存放重要的运行参数，可在线修改且掉电后数据不丢失，采用1片Dallas公司的非易失性RAM。2.2 DSP与外部通信接口电路和人机界面通信功能包括两部分：与PC机的通信，实现水源热泵运行数据的上传，这些数据可用于进一步的分析；与LCD(液晶显示器)的通信，并与键盘接口电路构*机界面。VC33与LCD芯片SC16C750B的串口通信接口电路如图1所示。VC33与PC机、LCD之间的通信符合串口通信规约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接口驱动芯片MAX323

7、2扩展而来，工作模式为查询式。实时数据采集系统在运行时总要进行人机交互(包括在LCD上显示运行状态、设置运行参数等)，因此还必须设计键盘接口。本文选用1片东芝公司的82C79芯片完成4×4键盘矩阵的扫描。82C79的工作模式设置为译码扫描键盘工作方式，并占有VC33的INT2中断。当有按键动作时，82C79产生中断信号给VC33，VC33调用键盘扫描程序读取所按键的编码。2.3  电源和时钟电路VC33的电源电路采用TI公司的双电源应用芯片TPS767D318。其外围IO工作电压DVDD为3.3 V，而其核心的工作电压CVDD为1.8 V。电源电路如图2所示，除了在正常运行

8、时工作电压要稳定外，VC33还要求上电过程中保证CVDD端电压不能超过DVDD端电压0.6 V，采用肖特基限位整流器DL5817来提供此安全保证。二极管D1和D2起到钳位CVDD、DVDDPt为Pt100的电阻值，T为温度。电阻信号必须转换为直流电压信号后才能进行AD转换。采用三线制热电阻，是因为三线制可消除长线引起的附加电阻带来的测量误差。图3为高精度温度测量电路。热电阻阻值必须转换成电压或电流信号才能输入AD电路。XTR103为BURR-BROWN公司生产的以Pt100热敏电阻(或其他类型)为激励、输出420 mA直流电流的高灵敏度变送器。其内部集成的二阶校正线性化电路能够实现Pt100阻值到直流电流的线性转换，广泛应用于工业过程控制、工厂自动化、SCADA等领域。精密电流电压转换器RCV420实现直流电流到直流电压的转换。XTR103输出电流信号Io与Pt100阻值RPt的函数关系为：其中，Io为输出电流信号，在420 mA范围内；RG为XTR103的量程电阻；Rz为基准电阻。考虑热泵运行工况，要选择合适的量程