SCADA系统中交流采样器设计

文章摘要：(2)SN74ALVCl64245的1DIR、2DIR接LF2407A的19脚W／R，DSP写时W／R=DIR－4245=1。ALVCl64245的数据从A到B；DSP读时W／R=DIR－4245=0，ALVCl64245的数据从B到A；(3)SN74ALVCl64245的A端数据线接DSP的数据线，B端接MAXl25的数据线。 1．4 A／D转换电路设计 为实现高精度的交流采样，本系统的ADC选用MAXIM公司的14位MAXl25CEAX。有关该芯片的资料参见文献[6]，图4为具体应用电路。(1)CHlA～CH4A、CHlB～CH4B分别接PT／CT（电压／电流互感器）调理电路的输出电压。

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(2)SN74ALVCl64245的1DIR、2DIR接LF2407A的19脚W／R，DSP写时W／R=DIR－4245=1。ALVCl64245的数据从A到B；DSP读时W／R=DIR－4245=0，ALVCl64245的数据从B到A；

(3)SN74ALVCl64245的A端数据线接DSP的数据线，B端接MAXl25的数据线。

 

1．4 A／D转换电路设计 

为实现高精度的交流采样，本系统的ADC选用MAXIM公司的14位MAXl25CEAX。有关该芯片的资料参见文献[6]，图4为具体应用电路。

(1)CHlA～CH4A、CHlB～CH4B分别接PT／CT（电压／电流互感器）调理电路的输出电压。DO～D13接电平转移器件的5V数据线，经电平转移后接DSP的D0～D13。

(2)DSP的IOPF6直接接MAXl25的CONVST端，IOPF6端发一个正脉冲启动一次A／D转换。转换结束时，MAXl25的INT端输出低电平，通过5V—3V电平转移电路接到DSP的IOPA2(XINn)脚，程序查询IOPA2（ⅪNT1）是否为低电平，为低则读取转换结果。

(3)DSP的IS脚直接接MAXl25的CS端．DSP将MAXl25视为一个I／O端口，用端口指令访问。DSP的电平可以直接驱动MAXl25的控制端。

下面是对MAXl25操作的DSP C语言实例。

(1)写命令到MAXl25

outport(MAXl25，0x03)；／／input Mux A／Four—Channel

(2)发出启动MAXl25进行A／D转换的脉冲

MAXl25CONV_HIGH；／／IOPF6=1

MAXl25CONV_LOW；／／需要大于30ns的负脉冲

MAXl25CONV_HIGH；／／上升沿启动转换

(3)查询IOPA2(ⅪNT1)是否为低电平(转换完成)

while（*PADATDIR&0X0004）

    {KICKDOG；}

(4)读转换结果

 for(i=0；i <4；i＋＋)／／read result about Ila、Va、Ib、Vb

 {

    ADC_Result[i]=portl；

    Ch_RealData[i][Dots_Index]=(ADC—Result[i ]<<2)／4；

    ／／14 bits dala change to 16 hits data}

1．5 CAN总线接口电路设计 

 LP2407A集成了CAN控制器，扩展一片CAN收发器就构成了CAN接口电路。收发器选用Philips公司的P82C250，具体电路如图5。

 

P82C250是5V电源供电，与LF2407A连接要加电平转移电路。R301、D301完成3．3V电平向5V电平转移；R302、R303完成5V电平向3．3V电平转移。

其他如串口扩展电路、SRAM扩展电路、液晶扩展电路等为通用电路．在此不做阐述。

2软件设计 

2．1嵌入式软件设计思想 

 借鉴Windows编程中基于消息驱动的思想，在嵌入式软件中引入基于消息的处理方泫。嵌入式系统的消息可以分为：键盘输入命令、系统接口电路产生的状态信息(如报警、越限等)以及上位机命令。消息的接收采用中断方式，确保消息可靠及时的接收；时间要求非常苛刻的消息，如电机保护，在中断直接处理；其他消息在主程序中对消息进行解析执行。程序设计思想可以用图6表示。

本系统通过CAN总线接收上位机的命令（接收消息）。CAN接收方式采用中断方式．当上位机下达命令时，该装置通过中断及时接收．实时任务直接在中断程序中完成，满足系统的实时性要求；非实时任务则将该命令存入消息(或命令)缓冲区，等待在主函数中查询处理。

2．2程序整体框图 

整个程序由主函数、功能函数、CAN通信中断函数、DSP的定时器T1的周期中断(采样中断)函数构成。

DSP的CAN控制器接收中断采用DSP的内核中断1；定时器T1的周期中断采用DSP的内核中断2，用来定期触发MAXl25进行A／D转换。关于LF2407A的中断编程可参见文献[1～2]。

主函数main()的流程如图7所示。

主函数先初始化系统，启动实时采样，实时采样一直运行并始终保持有多个周期的波形数据，供故障录波后观察故障点前后几个周期的波形，以便分析故障原因。然后进入消息处理的循环程序。从流程图可以看到，程序先检查消息(或命令)缓冲区，若有消息／命令，则调用相应功能函数执行命令，判断是否到计算周期以确定是否调用计算函数，然后回到消息处理入口；若没有消息等待处理，则判断100ms计算周期是否到(计算周期可以调整)。若到，则计算一遍电参数，判断是否有越限情况。若有越限则通知上位机，然后返回到消息处理入口，重复开始消息(或命令)的解析执行。消息接收程序以中断方式在后台运行。

2．3功能函数设计 

功能函数由主函数main()调用，下面介绍几种主要的功能函数。限于篇幅，函数没有展开，只列出函数名。

计算电参数的函数：void Calc()；

向上位机传送电参数值的函数：unsigned int Send_AcqData()；

执行参数设定命令的函数：unsigned int Set_Parameter()；

向上位机传送报警数据的函数：unsigned Int Send_AlarmnData()；

向上位机传送录波数据的函数：unsigned Int Send_WaveRecordData()；

本交流采样系统已运行在铁路水电远动系统的FTU(Field Terminal Unit)中，与上位机通信的应用层协议采用DeviceNet协议。实际证明该系统功能正常、性能稳定。

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