基于ARM的等精度測頻在機組轉速測控中的應用

　　3 在ARM 測量系統中的實現方案

　　應用等精度測量方法，機組轉速測控系統采用ARM7的LPC2214為CPU，LPC2214具有2個32位的定時器／計數器，每個定時器／計數器具有如下特性E ：

　　1)帶可編程32位預分頻器的32位定時器／計數器。

　　2)每個定時器的4個32位捕獲通道可在輸入信號跳變時捕獲定時器的瞬時值。捕獲事件可選擇產生中斷。

　　3)4個32位匹配寄存器：① 連續操作，可選擇在匹配時產生中斷；② 匹配時停止定時器，可選擇產生中斷；③ 匹配時復位定時器，可選擇產生中斷。

　　4)每個定時器有4個對應于匹配寄存器的外部輸出，具有下列特性：① 匹配時置低電平；② 匹配時置高電平；③ 匹配時翻轉；④ 匹配時不變。

　　本系統中采用了定時器／計數器0的匹配功能，用來控制閘門時間，定時器／計數器1的捕獲功能，用來監測被測信號。被測信號通過硬件整形電路變成與其頻率一致的方波信號，接入定時器／計數器1的捕獲管腳，開放其捕獲中斷功能，軟件響應中斷并進行相應的處理。計數頻率為2．211 840 MHz，閘門時間為0．5 s，誤差為1111 ，其中，1212 ，所以可以得出，理論上，等精度測頻在本系統中的測量精度優于 ，完全可以滿足工程需要。

　　在水輪機轉速測控系統中，為提高測量的可靠性，采用電氣(機端殘壓)信號和齒盤機械脈沖信號2種信號類型同時輸入的測量方式，計算得到的頻率值用于顯示，開出控制等。測量系統電路結構框圖如圖2所示。

　　系統程序主要包括初始化定時器／計數器，捕獲中斷處理，頻率計算，顯示，開出控制等子程序，系統流程如圖3所示。

　　使用RIGOL函數／任意波形發生器，產生頻率變化的正弦波形：① 500 S內模擬波形頻率從100 Hz下降到0．2 Hz，下降梯度為0．199 6 Hz／s； ②模擬波形頻率從100 Hz下降至1 Hz再從1 Hz上升至100 Hz，每10 Hz持續18 S；③每0．5 s記錄一次測量數據，分別得到如圖4所示波形1和波形2。

　　實驗證明，利用等精度測頻方式頻率，可以在整個測量范圍內取得比較高的測量精度，本測試系統的最大相對誤差小于1O～。閘門時間為0．5 S，可快速反應機組轉速的變化。

　　4 結語

　　等精度測量方法與傳統測量的測頻法和測周法相比，能夠實現全頻段內等精度，大大提高了測量精度。試驗結果表明，在水輪機轉速測控系統中應用等精度測量方法，測量的最大相對誤差優于 ，閘門時間可變，能夠快速反應機組轉速的變化。開發的SJ一22D微機轉速測控裝置已在多個水電站(廠)投入應用，運行準確可靠。