基于DSP與CPLD的輸電線路局部氣象監測裝置設計

1 概 述

輸電線路的狀態直接決定著整個電網的安全穩定運行，輸電線路微氣象參數的實時監測能夠為電網正常調度、以及自然災害預測和控制提供必要的現場信息。輸電線路是電力系統的關鍵元件之一。為了安全、穩定地運行，調度系統往往會收集輸電線路的電氣參數和運行工況參數(如輸電線的型號、排列方式，以及其上的潮流分布信息等)，并進行適當的控制。在電力系統的研究成果中，更多的是關注潮流優化、系統故障和系統穩定性問題，而在氣象條件對輸電線路的影響方面的研究相對不足。

我國是輸電線路自然災害嚴重的國家之一，雨雪冰凍天氣造成的線路覆冰問題一直沒有得到很好的解決，而線路覆冰對電網的破壞很大。要預測和控制這些自然災害，只有輸電線路的電氣運行參數是不夠的。例如，要研究輸電線路的覆冰問題，就必須收集與成結冰機理直接相關的線路周圍的局部氣象參數。

為了實現輸電線路的局部氣象參數采集，必須設計局部氣象參數在線監測裝置，以便為更高層次的應用決策提供基礎數據。本文設計了一種能夠實現輸電線路局部氣象監測、基于“DSP+CPLD”的實時數據采集和監測裝置，可以實現環境溫度、濕度、大氣壓力、風速和風向等參數的測量。

2 系統硬件設計

該裝置包括數據采集裝置以及外圍的測量傳感器和變送器。數據采集裝置選用TI公司的DSP芯片TMS320VC33(簡稱VC33)。它具有豐富的指令系統、哈佛總線結構、高速數據處理能力。

地址譯碼和時序控制電路由CPLD實現，用于協調硬件各部分之間的工作。Lattice公司的CPLD芯片ispLSI2032A具有在系統可編程能力和在系統診斷能力，可以實現硬件功能的軟件在線修改，簡化硬件設計，提高硬件系統的穩定性。由它實現所有擴展設備的地址譯碼功能、外部存儲器訪問等待狀態信號，以及其他DSP與外設的訪問定時信號的產生，并擴展出幾個數字I／O口。采用CPLD實現VC33與外設之間的控制信號，具有時序嚴格、穩定可靠的特點。在本設計中，ispLS12032A的仿真掃描接口為JTAG接口；其軟件采用ABEL語言編寫，在Synario開發環境下完成設計輸入、設計文件處理、布線前仿真、設計適配、布線后仿真、程序下載等過程。

2．1 外部存儲器

存儲器的選取原則是：存取速度和總線電平必須和VC33相匹配。設定VC33的工作模式為Microcomputer／Bootloader，存儲器空間分配如下：

①程序SRAM。起始地址810000h，長度64K字，運行時存放VC33的程序代碼，由2片Cypress公司的64K×16位高速CY7C1021V33-12VI組成。

②數據SRAM。起始地址820000h，長度64K字，VC33的運行變量空間同樣由2片CY7C1021V33-12Ⅵ組成。

③Flash ROM。起始地址400000h，長度3FFFFh字節，存放VC33的BOOT TABLE，采用1片ISSI公司的快速Flash芯片IS28F020。

④NVRAM。起始地址C00000h，長度3FFh字節，存放重要的運行參數，可在線修改且掉電后數據不丟失，采用1片Dallas公司的非易失性RAM。

2．2 DSP與外部通信接口電路和人機界面

通信功能包括兩部分：與PC機的通信，實現水源熱泵運行數據的上傳，這些數據可用于進一步的分析；與LCD(液晶顯示器)的通信，并與鍵盤接口電路構成人機界面。VC33與LCD芯片SC16C750B的串口通信接口電路如圖1所示。

VC33與PC機、LCD之間的通信符合串口通信規約RS232，其物理接口皆由。EXAR公司的UART芯片ST16C550加上一片Maxim公司的RS232接口驅動芯片MAX3232擴展而來，工作模式為查詢式。

實時數據采集系統在運行時總要進行人機交互(包括在LCD上顯示運行狀態、設置運行參數等)，因此還必須設計鍵盤接口。本文選用1片東芝公司的82C79 芯片完成4×4鍵盤矩陣的掃描。82C79的工作模式設置為譯碼掃描鍵盤工作方式，并占有VC33的INT2中斷。當有按鍵動作時，82C79產生中斷信號給VC33，VC33調用鍵盤掃描程序讀取所按鍵的編碼。