基于DSP的繼電保護測試儀信號采集裝置硬件設(shè)計

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2．1 電壓、電流采樣電路設(shè)計
本系統(tǒng)采集三相電壓、三相電流以及中性線的兩路電壓和電流信號。電壓和電流的采樣電路類似，電壓采用電壓互感器，電流采用電流互感器，通過運放OPA2277組成電壓和電流采樣電路。電壓采集電路如圖2所示。圖2中，T1為電壓互感器。電壓互感器出來的信號通過OPA2277處理后送入數(shù)據(jù)選擇器AD7502的S1輸入引腳。其他7路電壓和電流信號分別送入AD7502的另外7個輸入引腳。

2．2 程控濾波電路設(shè)計
系統(tǒng)中選用數(shù)據(jù)選擇器AD7502作為四路電壓和四路電流信號的模擬開關(guān)。濾波電路選用OPA2277來實現(xiàn)，電路原理圖如圖3所示。其中，AD7502的A0，A1接DSP通用I／O口的GPIOB4，GPIOB5口，EN引腳接高電平。GPIOB4，GPIOB5輸出不同值來控制AD7502不同通道的接通，從而將8路信號依次送入兩片A/D轉(zhuǎn)換器。

2．3 A／D轉(zhuǎn)換電路與DSF接口電路的設(shè)計
A／D轉(zhuǎn)換器是模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路中的核心器件，在整個測量系統(tǒng)中占有重要地位。如果模／數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)低時，將引起較大的測量誤差，本裝置選用德州儀器(TI)公司的A／D芯片ADS- 8515作模／數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADS8515是采樣率為250 KSPS的16位并行A／D轉(zhuǎn)換器，輸入電壓范圍能達到±10 V。ADS8515屬于逐次逼近寄存器型(簡稱SAR型)A／D轉(zhuǎn)換器，這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換器通過輸入的模擬信號與比較器逐次比較來輸出數(shù)字信號，是目前應(yīng)用最多的轉(zhuǎn)換器類型。SAR型A／D轉(zhuǎn)換器的功耗比較低，體積比較小，而且A／D內(nèi)部通常具有采樣保持器，它可以維持采樣電壓直到轉(zhuǎn)換結(jié)束，且其轉(zhuǎn)換速率很快。ADS8515和DSP的接口電路如圖4所示。

由于TMS320F2812的I／O電壓是3．3 V電平，而ADC則是5 V電平，因此需要電平轉(zhuǎn)換芯片74LVC245來實現(xiàn)隔離功能。ADS8515的控制是通過對片選信號CS、啟動信號R／C以及對狀態(tài)信號BUSY的查詢來實現(xiàn)的。BUSY，CS，R／C，分別接DSP的中斷信號引腳XINT1和通用I／O接口GPIOB0，GPIOB1。為了保證雙DSP的同步采樣，防止數(shù)據(jù)輸出時兩DSP數(shù)據(jù)的串?dāng)_，采用將另一個DSP的片選信號CS和啟動信號R／C分別接DSP的通用I／O接口GPIOB2和GPIOB3的方法。這樣可以保證雙DSP同步采樣，并依次讀取兩個A／D中的數(shù)據(jù)。
2．4 同步信號獲取與識別電路設(shè)計
為了實現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換器的交流同步采樣，本方案的設(shè)計電路如圖5所示。方案選用多個OPA22 77和比較器MAX998來組成信號的獲取與識別電路，從而克服了非整周期采樣帶來的頻率泄露誤差，實現(xiàn)嚴格的同步采樣和等間隔采樣。圖5中，K3C為繼電器，用作開關(guān)使用，用來通斷選擇獲取的一路交流電壓信號和一路交流電流信號。OPA2277組成放大和濾波電路。二極管D2，D3的作用是保護比較器MAX998，防止電壓過大而擊穿MAX998。