本文介紹了一種基于雙TMS320F 28335的電力系統(tǒng)諧波分析儀的設計方案,該分析儀可同時實現多通道信號(電壓和電流)的同步采樣，并對其進行諧波分析。借助強大的雙TMS320F28335平臺，實現了對信號的實時分析與顯示，具有實時性好，運算速度快，精度高，靈活性好，系統(tǒng)擴展能力強等優(yōu)點。
系統(tǒng)介紹
1 系統(tǒng)方案
由于本系統(tǒng)實時性要求較高且工作過程中有大量的數據傳輸和人機對話事件發(fā)生，而單個DSP資源有限，如果采用單個DSP處理數據，系統(tǒng)將不能及時處理采樣數據并且可能會造成部分數據丟失從而影響系統(tǒng)整體性能。為彌補這一缺點，本設計提出了采用DSP+ DRAM+DSP的雙處理器協(xié)同工作模式，一片DSP全權負責采集、捕獲工作，另一片負責數據處理和人機對話，這樣可實現不間斷、高速度、多端口的處理。針對通信雙方速度不匹配、信息交換實時性要求高、一次傳輸信息量大、數據傳送要求準確無誤等特點,綜合考慮通信的可靠性、實現的難易程度以及成本等諸多因素,采用雙口RAM通過雙機中斷交互式協(xié)調工作的模式來實現多處理器之間的高速通信。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)總體框圖
2 工作過程
首先，通過傳感器把PT(電壓互感器)、CT(電流互感器)上的電壓、電流轉換成跟隨式的交流低壓，然后經過兩級RC濾波器濾波后送入DSP片上A/D模塊，由雙DSP控制A/D的采集和數據的傳輸，最后對采集的數據進行FFT等各種算法的處理從而獲得所需要的各種電網參數并且判斷電能質量的優(yōu)劣；同時，在外部按鍵控制下，根據不同的命令相應的在液晶屏上實時顯示數據，從而達到實時監(jiān)控的目的。
系統(tǒng)硬件設計
本電力系統(tǒng)諧波分析儀的硬件電路主要包含5個部分：信號轉換模塊、信號預處理模塊、雙TMS320F28335數字信號處理模塊、單色液晶屏模塊(CM320×240)、鍵盤模塊。
1 信號轉換模塊
信號轉換模塊主要包括互感器和程控信號調理部分。互感器采用高頻性能好的精密電壓互感器（KV50A/P)和電流互感器（KT50A/P)，相移小于4～5°，信號頻率在2kHz時衰減小于0.3～ldB，完全可以滿足50次以下諧波的精確測量。程控信號調理部分利用TMS320F28335片上ADC的同步采樣方式，可以確保電壓與電流信號間沒有相對相移。由于雙極性模擬輸入信號不能直接輸入到DSP-L機片上A/D模塊,因此通過雙DSP模塊上DSP-L機的SPI總線以及GPIO口控制對輸入信號衰減/放大的比例，以滿足A/D模塊對輸入信號電平(0～3V)的要求。A/D模塊輸入信號調理部分采用256抽頭的數字電位器AD5290和高速運算放大器AD8202組成程控信號放大/衰減器，每個輸入通道的輸入特性為1MΩ輸入阻抗+30pF。程控信號調理電路原理圖如圖2所示。
圖2 程控信號調理電路原理圖
2 信號預處理模塊
信號預處理模塊主要包括四階低通濾波電路和同步方波變換電路。根據國家對諧波測量儀器的要求，A級儀器頻率測量范圍是0～2500Hz，故每周波每路采樣128點。根據工程經驗，采用截止頻率為1500Hz的四階巴特沃斯低通濾波器，完全可以達到較好的濾波效果。同時為了提高測量精度，采用了自適應調整采樣間隔技術，即根據捕獲單元測量的頻率自動調整。本系統(tǒng)采用同步方波變換電路部分實現頻率的測量，同時為提高共模抑制比，同步方波變換電路采用開環(huán)方式實現電壓比較并將其輸入到同相端，同時在反相端輸入 +1.5V的比較電平，這樣在輸出端即引腳6處可得到占空比為50%的方波，其中電容C5起抑制高頻噪聲的作用。同步方波變換電路圖如圖3所示。
圖3 同步方波變換電路圖
3 雙TMS320F28335數字信號處理模塊
雙28335-DSP模塊主要由兩片TI公司的C2000系列DSP-TMS320F28335和一片IDT公司IDT70V28(64K×16bit)雙口RAM組成，兩片DSP分別為DSP-L 機和DSP-R機，通過雙口RAM采用雙機中斷交互式協(xié)調工作的模式實現數據的共享與傳輸。雙TMS320F28335數字信號處理模塊工作時序如圖4所示。
圖4 雙TMS320F28335
雙機中斷交互式協(xié)調工作的具體步驟如下：
圖5 系統(tǒng)雙機工作流程圖
