基于DSP和CAN总线的RTU的设计

时性， 对于模拟量的测量采用交流采样和硬件电路同步的方法。硬件同步和频率采样电路主要由迟滞电压比较电路、高速光藕、锁相倍频电路和脉冲整形电路组成。迟滞比较电路将交流正弦波输入信号变为0 ~5 V 的同频率方波信号， 高速光耦6N137 将模拟部分和数字部分电路隔离开，锁相倍频电路由锁相环电路CD4046 和三片可编程计数器芯片MC14522 构成128 倍频器，使输出信号频率为正弦输入信号频率的128 倍，并且跟随输入同步变化。MC14522 输出的同步信号经分压后， 被送入TMS320LF2407A 的捕获模块CAP1、CAP2 用于频率的测量。CD4046 输出的同步倍频信号经脉宽整形后得到合适的脉冲信号，接A/D转换器ADS7864 的/HOLDA、/HOLDB、/HOLDC, 选择输入的多路开关并且启动A/D 转换。ADS7864 是一块高速（2 μs）、低功耗（50 mW）、单电源（+5 V）工作的双12 位A/D转换器。它能以500 kHz 的采样速率同时进行6 通道信号采样， 特别适用于电力监控系统。ADS7864 的6 路输入通道可分成3 对， 测量电力监控应用的三相， 并将模拟信号转换成LF2407A 所需的数字信号， 存放在片内6 个FIFO 寄存器中。为了提高系统的效率， 将ADS7864 的//BUSY信号接至CPLD， 由其判断ADS7864 产生三个/BUSY 信号后产生一个中断， 通知LF2407A 一次性读走ADS7864 的FIFO 中6个转换好的数据进行处理。另外，ADS7864采用双极性（±5 V） 的输入， 由于输入的交流电压信号为0~100 V， 电流信号为0~5 A， 因而需要加上信号调理和电平转换电路。

开关量和脉冲量的输入电平为12 V。采用HCPL2631 高速光隔进行隔离， 实现电平匹配和隔离抗干扰， 隔离后的开关量和脉冲量信号分别经过相应的数据缓冲单元即变为LF2407A 外部I/O 输入端信号，LF2407A通过定时访问相应的I/O 端口来实现对开关量和脉冲量的采集。当信号测控模块检测到其中一个开关量的变位， 产生相应的一个事件顺序记录信息。对于分析电网故障原因具有重要作用。

利用了CPLD 的集成性和可编程性将处理外围数字电路集成到一块芯片上， 实现对其他芯片、液晶显示器和键盘等的地址译码、读写、控制和信号缓冲功能。

4 系统软件介绍

根据硬件结构的特点， 在进行系统软件设计时可将RTU 分为通信主控和信号测控两个独立的模块， 对两者进行单独的考虑和设计。在这里，采用模块化程序设计的方法来设计模块的整体软件。从软件的功能上讲，通信主控模块主要包括各种通信端口的通信程序和人机接口程序设计，信号测控模块软件部分则包括现场信号的采集和处理、各种电力参数的计算和分析以及与上位模块的通信程序等。在实际应用中，通信主控模块和信号测控模块多个任务之间往往是互相交叉的，因此通过硬件中断来响应不同任务请求，提高处理器的实时响应能力。

5 实验结果与分析

利用实验室的现有条件， 为了验证硬件A/D 采样系统的好坏， 对低压380 V/220 V 电网进行测量， 采样128个点与示波器波形相比如图4 所示。可以看出， 对模拟量的采样是精确可行的。

图4 采样128个点与示波器波形比较

表1 采样运算得15 次谐波峰值

　　在此基础之上， 进行了谐波分析。本次试验采用电网电压经分压变换后电压有效值在1.7 V 左右（ 普通万用表测） 进行试验。采样数据经符号扩展后直接进行FFT 变换， 对应得到15 次谐波峰值如表1 所示， 从表中数据可以看出偶次谐波很小， 几乎为零； 而奇次谐波逐渐递减。