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基于双处理器协同工作结构的电力系统谐波分析仪解析
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2017-10-25
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1 系统方案
由于本系统实时性要求较高且工作过程中有大量的数据传输和人机对话事件发生，而单个DSP资源有限，如果采用单个DSP处理数据，系统将不能及时处理采样数据并且可能会造成部分数据丢失从而影响系统整体性能。为弥补这一缺点，本设计提出了采用DSP+ DRAM+DSP的双处理器协同工作模式，一片DSP全权负责采集、捕获工作，另一片负责数据处理和人机对话，这样可实现不间断、高速度、多端口的处理。针对通信双方速度不匹配、信息交换实时性要求高、一次传输信息量大、数据传送要求准确无误等特点，综合考虑通信的可靠性、实现的难易程度以及成本等诸多因素，采用双口RAM通过双机中断交互式协调工作的模式来实现多处理器之间的高速通信。系统总体框图如图1所示。
图1 系统总体框图
2 工作过程
首先，通过传感器把PT（电压互感器）、CT（电流互感器）上的电压、电流转换成跟随式的交流低压，然后经过两级RC滤波器滤波后送入DSP片上A/D模块，由双DSP控制A/D的采集和数据的传输，最后对采集的数据进行FFT等各种算法的处理从而获得所需要的各种电网参数并且判断电能质量的优劣；同时，在外部按键控制下，根据不同的命令相应的在液晶屏上实时显示数据，从而达到实时监控的目的。
系统硬件设计
本电力系统谐波分析仪的硬件电路主要包含5个部分：信号转换模块、信号预处理模块、双TMS320F28335数字信号处理模块、单色液晶屏模块（CM320×240）、键盘模块。
1 信号转换模块
信号转换模块主要包括互感器和程控信号调理部分。互感器采用高频性能好的精密电压互感器（KV50A/P）和电流互感器（KT50A/P），相移小于4～5°，信号频率在2kHz时衰减小于0.3～ldB，完全可以满足50次以下谐波的精确测量。程控信号调理部分利用TMS320F28335片上ADC的同步采样方式，可以确保电压与电流信号间没有相对相移。由于双极性模拟输入信号不能直接输入到DSP-L机片上A/D模块，因此通过双DSP模块上DSP-L机的SPI总线以及GPIO口控制对输入信号衰减/放大的比例，以满足A/D模块对输入信号电平（0～3V）的要求。A/D模块输入信号调理部分采用256抽头的数字电位器AD5290和高速运算放大器AD8202组成程控信号放大/衰减器，每个输入通道的输入特性为1MΩ输入阻抗+30pF。程控信号调理电路原理图如图2所示。
图2 程控信号调理电路原理图
由于本系统实时性要求较高且工作过程中有大量的数据传输和人机对话事件发生，而单个DSP资源有限，如果采用单个DSP处理数据，系统将不能及时处理采样数据并且可能会造成部分数据丢失从而影响系统整体性能。为弥补这一缺点，本设计提出了采用DSP+ DRAM+DSP的双处理器协同工作模式，一片DSP全权负责采集、捕获工作，另一片负责数据处理和人机对话，这样可实现不间断、高速度、多端口的处理。针对通信双方速度不匹配、信息交换实时性要求高、一次传输信息量大、数据传送要求准确无误等特点，综合考虑通信的可靠性、实现的难易程度以及成本等诸多因素，采用双口RAM通过双机中断交互式协调工作的模式来实现多处理器之间的高速通信。系统总体框图如图1所示。
图1 系统总体框图
2 工作过程
首先，通过传感器把PT（电压互感器）、CT（电流互感器）上的电压、电流转换成跟随式的交流低压，然后经过两级RC滤波器滤波后送入DSP片上A/D模块，由双DSP控制A/D的采集和数据的传输，最后对采集的数据进行FFT等各种算法的处理从而获得所需要的各种电网参数并且判断电能质量的优劣；同时，在外部按键控制下，根据不同的命令相应的在液晶屏上实时显示数据，从而达到实时监控的目的。
系统硬件设计
本电力系统谐波分析仪的硬件电路主要包含5个部分：信号转换模块、信号预处理模块、双TMS320F28335数字信号处理模块、单色液晶屏模块（CM320×240）、键盘模块。
1 信号转换模块
信号转换模块主要包括互感器和程控信号调理部分。互感器采用高频性能好的精密电压互感器（KV50A/P）和电流互感器（KT50A/P），相移小于4～5°，信号频率在2kHz时衰减小于0.3～ldB，完全可以满足50次以下谐波的精确测量。程控信号调理部分利用TMS320F28335片上ADC的同步采样方式，可以确保电压与电流信号间没有相对相移。由于双极性模拟输入信号不能直接输入到DSP-L机片上A/D模块，因此通过双DSP模块上DSP-L机的SPI总线以及GPIO口控制对输入信号衰减/放大的比例，以满足A/D模块对输入信号电平（0～3V）的要求。A/D模块输入信号调理部分采用256抽头的数字电位器AD5290和高速运算放大器AD8202组成程控信号放大/衰减器，每个输入通道的输入特性为1MΩ输入阻抗+30pF。程控信号调理电路原理图如图2所示。
图2 程控信号调理电路原理图
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