基于EDSP嵌入式电源监控系统的研究

2015-06-28王宝英

电源技术 2015年2期

王宝英

(重庆电子工程职业学院，重庆401331)

电力能源是工业发展的基础，电源系统中各重要节点的电流、电压、频率等实时参数对整个用电系统的安全稳定运行起着关键作用。随着工业技术复杂性的提高及多种精密数字化仪器的使用，电源设备运行的实时性、可靠性及质量体系都必须具有相当高的水平，因此，相对应的电源监控系统也必须具备相应的功能。

传统的电源监控系统大多采用单片机的控制方式，随着嵌入式技术的发展，嵌入式芯片体积小、功能强的优势使其在控制领域中占据了统治地位。而DSP(数字信号处理器)是利用微处理器的处理能力，利用类似于傅里叶变换等数值计算的方式对信号进行加工的技术。目前，DSP 以其卓越的性能，成为了计算机、电气、通信等行业的基础性器件，而其中定点运算的DSP 器件成本低、适应范围广，对存储器的要求也较低，是实现电源监控的理想器件[1]。

ADSP-218X 是ADI(亚德诺半导体技术有限公司)生产的大容量16 位定点DSP 芯片，功能全面灵活，指令系统强大，配之以汇编控制程序，可以很好地实现相应的控制功能。本设计利用ADSP—218X 系列的芯片，构建了基于以太网的电源监控系统，具有实时性好，可靠性高的基本特点。

1 电源监控系统整体设计

如图1 所示，电源监控系统包括三大部分：底层数据采集系统、数据通信系统、上位机远程监控系统。

图1 监控系统整体设计

系统的底层数据采集系统具有两个主要的功能：一个是利用多种传感器将电源系统的电流、电压、频率、有功、无功、功率因数、电量等一系列参数进行实时的采集；二是将采集来的数据传送至EDSP 系统中进行初步的数据处理。

系统的通信层是底层采集层至上位机的传输通路，本设计中采用以太网来构建通信方式。

上位机部分负责对上传数据进行相应的存储、处理、对比分析并依据相应的运行标准进行运行决策，发出控制命令，实现对电源系统的远程控制。

2 电源监控系统的硬件选型及电路设计

本设计中所采用的DSP 芯片是ADSP-2186N，它采用改进的Harvard 结构体系，具有40MIPS 的主频，可外接晶振以提高指令周期。核心部分具有三个运算单元，分别是ALU、MAC、SHIFTER，可供每条C 语言或汇编程序编译或汇编成仅需一个执行周期的24 位指令机器码进行并行处理，因此执行速度快。

ADSP-2186N 有1 组程序总线和3 组数据总线，指令系统除具有六个算术逻辑(ALU)指令、八个乘加器(MAC)指令、五个移位器(SHIFTER)指令之外，还具有多操作指令、程序进程控制指令、数据移动指令、位运算、I/O 存储传输和全局中断屏蔽等，这些指令极大方便了片内的编程，提高了程序的灵活性和适应性[2]。

在监控系统中，ADSP-2186N 的主要功能是对脉冲信号进行采集、滤波和整形，硬件接口设计如图2 所示。

图2 硬件结构框图

ADSP-2186N 具有两个串口，一个是SPOR T0，另一个是SPOR T1，SPOR T0 与 A/D 变换器 AD73360 相连，利用六个模拟量输入通道接收来自传感器的数据，每个通道可以输出长度为十六位的数字量并提供在8、16、32 或64 kHz 的采样。本设计由软件设定采用64 kHz 采样频率，并利用AD73360 中的缓冲实现无中断情况下的数据传输，保证了数据的传输率。另一个串口SPOR T1 与 D/A 转换器AD7547 相连，AD7547是AD 公司推出的双12 位电流输出的DACS (数据收集与控制系统)，具有工作电压范围宽、抗干扰性好的基本特点，而且电路相对简单，可控性好，可以有效地实现上位机操作命令的下达。ADSP—2186N 利用IDMA 口与主MCU 模块相连，IDMA 口是ADSP-218x 系列产品的一个16 位并行DMA 接口，可以有效地适应电源监控中的原始模拟数据为12 位或16 位的位宽需求，IDMA 的位宽正好满足要求。主MCU 模块上安装工业以太网网卡，以实现远程数据传输。

系统利用光耦器件构建数据的I/O 输入和输出，供低端控制使用。

下位机电源电路设计如图3 所示。