應用于氣象監測裝置在輸電線路局部的設計

其中，RPt為Pt100的電阻值，T為溫度。電阻信號必須轉換為直流電壓信號后才能進行A／D轉換。采用三線制熱電阻，是因為三線制可消除長線引起的附加電阻帶來的測量誤差。
圖3為高精度溫度測量電路。熱電阻阻值必須轉換成電壓或電流信號才能輸入A／D電路。XTR103為BURR-BROWN公司生產的以Pt100熱敏電阻(或其他類型)為激勵、輸出4～20 mA直流電流的高靈敏度變送器。其內部集成的二階校正線性化電路能夠實現Pt100阻值到直流電流的線性轉換，廣泛應用于工業過程控制、工廠自動化、SCADA等領域。精密電流／電壓轉換器RCV420實現直流電流到直流電壓的轉換。

XTR103輸出電流信號IO與Pt100阻值RPt的函數關系為：

其中，IO為輸出電流信號，在4～20 mA范圍內；RG為XTR103的量程電阻；Rz為基準電阻。考慮熱泵運行工況，要選擇合適的量程電阻和基準電阻，以設定合適的溫度測量范圍。選擇RG=150 Ω，Rz=80 Ω，由式(1)和(2)可以確定溫度測量范圍為-50．77～132．55℃，能夠滿足我國輸電線路環境溫度測量范圍的要求。
為了提高溫度測量精度，除了采用圖3所示的高精度信號轉換電路外，還必須解決以下兩個問題：
①鉑電阻的阻值一溫度特性校準。式(1)給出的是額定特性，實際的鉑電阻存在統計學意義上的分散性，因此必須校準每個鉑電阻的阻值-溫度特性。
②鉑電阻元件的熱滯后(thermal lag)問題。熱滯后問題由元件與環境的換熱熱阻以及元件自身的熱容共同引起。鉑電阻元件由鉑電阻絲和不銹鋼封裝外殼組成，在高溫應用中采用陶瓷封裝。由于鉑電阻絲非常細、質量小，可忽略其熱惰性。
2．4．3 風速和風向測量
風速的測量關鍵是要把風速參數轉換成能被A／D電路處理的電信號，由風速／風向傳感器來完成。本文選用風速／風向傳感器EA-V200，其風速測量范圍為0～50 m／s，輸出信號為抗干擾能力強的直流電流4～20 mA。此直流信號由A／D電路轉換為數字信號后再由VC33處理。
風向測量由EA-V200給出8個開關量輸入來表示不同的風向。

3 系統軟件設計
設定Microcomputer／Bootloader為VC33的運行模式。運行前程序存放在存取速度較低的Flash中，系統復位后由固化在DSP芯片上的Bootloader把程序搬移到高速SRAM中全速運行。本文只簡單介紹軟件的功能。程序從結構上分為主程序和中斷服務程序兩部分。
主程序包括：
①系統初始化程序。設置外部存儲器接口、串口、定時器、中斷、中斷向量表、鍵盤接口等參數，確定系統的運行模式。
②數據處理程序。把A／D轉換后的離散化數據轉化成實際的溫度、壓力、工質質量流量，剔除不良數據，采集數據的高頻噪聲濾波，最終得到反應系統實際工況的狀態量等。
中斷服務程序包括：
①A／D采集程序。完成所有模擬量的12位采集。根據熱力傳感器的特點，采樣頻率每路均設為24 Hz。A／D采集程序占用VC33的INT0中斷。
②鍵盤掃描程序。當有按鍵動作時，讀取按鍵編碼。占用VC33的INT2中斷。
③控制量驅動程序。驅動數字輸出或模擬量輸出。由VC33的TIMER0的定時器中斷來提供這些控制驅動的周期。具體控制策略要根據具體的應用來確定。
④通信程序。實現LCD顯示、與PC通信的功能。占用VC33的定時器中斷。

4 總 結
基于DSP的輸電線路局部氣象在線監測裝置能夠分散安裝在輸電線路沿線桿塔上，實時測量氣象參數，包括環境溫度和濕度、大氣壓力、風速等。這些參數皆與輸電線路覆冰預測、脫冰跳躍、風舞及控制等緊密相關，可以向調度中心提供線路現場的詳細信息。本裝置的設計涉及多學科內容，現總結設計中的一些經驗：
①根據輸電線路的實際運行工況選擇合適的傳感器或變送器。注意與數據采集系統配合，合理布置傳感器或變送器的數量和測點。
②VC33與外設的時序控制問題。對慢速的外部擴展設備，僅僅設計合適的訪問等待狀態是不夠的(如A／D芯片，其片選信號無效后數據總線的封鎖仍需相對較長一段時間)，還必須仔細研究外設的訪問時序，設計相應的封鎖電路，以免造成總線沖突使得系統無法工作。
③系統的抗電磁干擾問題。基于VC33的系統是高速系統，電磁干擾問題尤其嚴重，特別對時鐘線要進行良好的屏蔽。對高頻信號線要注意傳輸線距離、匹配電阻設計、印制電路板布線形狀等問題。采用多層布線板對抗電磁干擾有益處，但成本會增加。
基于DSP的輸電線路局部氣象在線監測裝置充分發揮了“DSP+CPLD”體系的優點，能夠實現環境溫度、大氣壓力、濕度、風速和風向等參數的多通道采集、數據處理、自然災害預警等功能，對提高輸電線路乃至整個電網的安全可靠性具有重要的現實意義。