基于dsp2812的断路器机械特性测试仪研究与设计

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1、基于DSP2812的断路器机械特性测试仪研究与设计之前参与过的一个项目，分享一下软硬件设计思路：高压断路器的可靠性在很大程度上取决于其机械操动系统的可靠性。高压断路器由于机械原因所造成的事故无论是在次数，还是在事故所造成的停电时间上都占据总量60%以上。因此，加强对高压断路器机械特性的检测与诊断，具有十分重要的现实意义。本设计选用TI公司的DSPTMS320F2812作为微处理器，进行外围硬件电路设计，主要包括模拟信号的前端处理电路、开关量输入调理电路、开关量输出电路、脉冲处理电路以及电源模块的设计。之后用C语言对各个电路功能模块编制调试数据采集程序。一．硬件设计

2、本设计硬件部分的原理框图如图1所示。设计以TI公司的DSPTMS320F2812为核心，通过扩展外围硬件接口电路，实现对各种所需信号的数据采集。图1测试仪硬件原理框图1．基于嵌入式芯片设计的独立硬件电路系统嵌入式芯片选用TI公司的DSPTMS320F2812,主频150MHz,内含128k字FLASH,18K字RAM.在处理速度，算法编写，外扩接口等方面有相当优势。F2812处理器外设包括2个32位QEP单元，16路12位AD模拟输入通道，SPI高速同步串行接口，2个SCI异步串行接口，CAN总线接口，看门狗，多路通用目的数字量I/O及其他，满足本系统设计要求。2

3、．通讯接口及协议通讯接口拟采用以下三种方式：标准RS485通信接口；eCAN总线通信接口；以太网通信接口。a．标准RS485通信接口RS485通信接口可于本地或远方通过串口协议通信，通信协议支持DNP、MODBUS、IEC870-5-101等规约。设计时采样获得信号，处理串行通信。b．eCAN总线通信接口F2812内含eCAN模块控制器，并提供了完整的CAN协议。设计时通过通用端子引入后，经CAN转换器连入DSP片上的CAN模块即可。后续程序编写包括初始化和消息收发控制等各项功能的开发。c．以太网通信接口选用型号为DM9000的嵌入式以太网芯片及相关信号变压电路，

4、通信接口的物理介质系统选用双绞线和光纤并存的口连接方式。其中，双绞线物理接口选用通用标准RJ45接头。3．内存容量的扩展。历史事件的存贮数据量计划为3年，在设计上采用256Mb或更大的SD卡替换FLASH，随着近年来SD卡成本呈不断降低的趋势，成本和容量均不构成关键障碍。二．软件设计嵌入式系统独立运行所有的在线监测的软件功能，可以通过以太网接口和PC机联机通讯，管理员和使用者能通过上位机的应用软件操作和察看在线检测系统的数据和内部设置参数。软件功能有：l上位机PC软件有图形化的断路器机构部件运行状态指示l机构运行机械特性参数报表、曲线显示l断路器位置信息显示l算法

5、设置l历史数据调出查看l看门狗设计l其他功能本设计中的软件采用结构化和模块化的设计思想，共包含了参数设置、信号采集、数据编码与解码、数据存储与传输、数据计算及显示等几个部分。图2所示为软件总体设计流程图。图2软件总体设计流程图程序的总体流程可描述为装置上电后，首先F2812进行系统的初始化，包括系统时钟设置、外部扩展接口时序设定、中断初始化、端口定义等，以及各模块初始化，包括事件管理器单元、QEP单元、AD采样模块、SCI通讯模块等，此外还包括了程序设计中使用到的一些状态标志的设定、常量及变量的初始化等。用户通过交互界面对测量中的一些参数进行设置，主要包括即将执行

6、的操作命令（合闸、分闸、重合闸）、采样时间、待测触头的数量、待测断路器速度的定义方法等。参数设定完成后，装置等待用户给出操作命令，根据用户命令的不同执行相应的操作，并对断路器动作过程中的各项开关量、数字量及模拟量进行采样。之后判断采样时间是否达到设定值，若已完成设定采样时间，则对采样数据进行存储、传输，并对这些数据进行处理，计算并显示出试验结果，若未达采样时间，则继续采样。完成一次试验后，用户可对测量参数重新设定，并进行新的试验。软件设计中对于TMS320F2812的开发使用了TI公司推出的集成开发环境CodeComposerStudiov3.1（或CCStudi

7、ov3.3），仿真器选用了北京合众达电子技术有限公司开发的SEED-XDSPP（或SEED-USB2.0），程序设计以C语言为主，而部分调用频率较高、速度要求较高的子程序使用了汇编语言编写。三．主要技术难点1．动触头行程信号采集方法。通常高压断路器都有着紧凑的机械操动机构，因此需要选择较为理想的测量行程信号的传感器安装在操动机构上，既要真实地反映其行程特性，又不影响断路器原有性能、参数及可靠性，设计中选用的传感器运行稳定，并可工作在高电压、强电流、强振动和温差大的环境下。2．系统实时性要求高。高压断路器通常分（合）闸动作过程非常短（一般大约几十毫秒），而现场采集的

8、信号很多，