1 概 述
输电线路的状况直接决议着整个电网的安全安稳运转，输电线路微气候参数的实时监测可以为电网正常调度、以及自然灾害猜测和操控供给必要的现场信息。输电线路是电力系统的要害元件之一。为了安全、安稳地运转，调度系统往往会搜集输电线路的电气参数和运转工况参数(如输电线的类型、摆放方法，以及其上的潮流散布信息等)，并进行恰当的操控。在电力系统的研讨成果中，更多的是重视潮流优化、系统故障和系统安稳性问题，而在气候条件对输电线路的影响方面的研讨相对缺乏。
我国是输电线路自然灾害严峻的国家之一，雨雪冰冻气候形成的线路覆冰问题一向没有得到很好的处理，而线路覆冰对电网的损坏很大。要猜测和操控这些自然灾害，只要输电线路的电气运转参数是不行的。例如，要研讨输电线路的覆冰问题，就有必要搜集与成结冰机理直接相关的线路周围的部分气候参数。
为了完结输电线路的部分气候参数收集，有必要规划部分气候参数在线监测设备，以便为更高层次的使用决议计划供给根底数据。本文规划了一种可以完结输电线路部分气候监测、依据“DSP+CPLD”的实时数据收集和监测设备，可以完结环境温度、湿度、大气压力、风速和风向等参数的丈量。
2 系统硬件规划
该设备包含数据收集设备以及外围的丈量传感器和变送器。数据收集设备选用TI公司的DSP芯片TMS320VC33(简称VC33)。它具有丰厚的指令系统、哈佛总线结构、高速数据处理才干。
地址译码和时序操控电路由CPLD完结，用于和谐硬件各部分之间的作业。Lattice公司的CPLD芯片ispLSI2032A具有在系统可编程才干和在系统诊断才干，可以完结硬件功用的软件在线修正，简化硬件规划，进步硬件系统的安稳性。由它完结一切扩展设备的地址译码功用、外部存储器拜访等候状况信号，以及其他DSP与外设的拜访守时信号的发生，并扩展出几个数字I/O口。选用CPLD完结VC33与外设之间的操控信号，具有时序严厉、安稳牢靠的特色。在本规划中，ispLS12032A的仿真扫描接口为JTAG接口;其软件选用ABEL言语编写，在Synario开发环境下完结规划输入、规划文件处理、布线前仿真、规划适配、布线后仿真、程序下载等进程。
2.1 外部存储器
存储器的选取原则是：存取速度和总线电平有必要和VC33相匹配。设定VC33的作业形式为Microcomputer/Bootloader，存储器空间分配如下：
①程序SRAM。开始地址810000h，长度64K字，运转时寄存VC33的程序代码，由2片Cypress公司的64K×16位高速CY7C1021V33-12VI组成。
②数据SRAM。开始地址820000h，长度64K字，VC33的运转变量空间相同由2片CY7C1021V33-12Ⅵ组成。
③Flash ROM。开始地址400000h，长度3FFFFh字节，寄存VC33的BOOT TABLE，选用1片ISSI公司的快速Flash芯片IS28F020。
④NVRAM。开始地址C00000h，长度3FFh字节，寄存重要的运转参数，可在线修正且掉电后数据不丢掉，选用1片Dallas公司的非易失性RAM。
2.2 DSP与外部通讯接口电路和人机界面
通讯功用包含两部分：与PC机的通讯，完结水源热泵运转数据的上传，这些数据可用于进一步的剖析;与LCD(液晶显现器)的通讯，并与键盘接口电路构成人机界面。VC33与LCD芯片SC16C750B的串口通讯接口电路如图1所示。
VC33与PC机、LCD之间的通讯契合串口通讯规约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接口驱动芯片MAX3232扩展而来，作业形式为查询式。
实时数据收集系统在运转时总要进行人机交互(包含在LCD上显现运转状况、设置运转参数等)，因而还有必要规划键盘接口。本文选用1片东芝公司的82C79 芯片完结4×4键盘矩阵的扫描。82C79的作业形式设置为译码扫描键盘作业方法，并占有VC33的INT2中止。当有按键动作时，82C79发生中止信号给VC33，VC33调用键盘扫描程序读取所按键的编码。
2.3 电源和时钟电路
VC33的电源电路选用TI公司的双电源使用芯片TPS767D318。其外围I/O作业电压DVDD为3.3 V，而其间心的作业电压CVDD为1.8 V。电源电路如图2所示。
除了在正常运转时作业电压要安稳外，VC33还要求上电进程中确保CVDD端电压不能超过DVDD端电压0.6 V，选用肖特基限位整流器DL5817来供给此安全确保。二极管D1和D2起到钳位CVDD、DVDD两个作业电压的效果。在TPS767D318的电压输出端均接有较大容量的%&&&&&%，用于处理电压输出开始阶段十分大的暂态电流，避免烧坏VC33。VC33强化了时钟装备功用，可供给多种时钟作业方法。规划顶用外部有源时钟、内部时钟电路不启振、内部倍频系数为1的时钟作业方法。
2.4 数据收集系统
系统应该监测的基本参数包含：环境温度、湿度、大气压力、风速和风向等参数。除了风向外，其他都是模仿量。为了把接连的模仿量转化为能被VC33处理的离散的数字量，有必要规划A/D转化电路。
ADI 公司的AD7874为自带采样/坚持、4通道一起采样、高精度的12位数据收集A/D芯片，适宜水源热泵工质某点的温度和压力的同相位收集。其输入信号规模为±10 V，单通道采样频率可达29 kHz。AD7874输入通道的多路复用经过选用Phillips公司的16选1多路模仿转化开关HEF4067来完结。因为水源热泵节能最优操控为动态实时测控，且水源热泵热工动态进程相对缓慢的特色，对各个模仿量收集频率设定为24 Hz，即每秒24个点。
2.4.1 大气压力丈量
大气压力丈量泵的工质压力、水压力到电压信号的转化由Siemens公司的QBE620-P16压力变送器完结。QBE620-P16既适用于气体，也适用于液体，温度作业规模宽，适宜输电线路的恶劣运转现场。外加作业电压规模为DC 18～33 V，丈量压力规模为0～232 psi。丈量信号输出DC 0～10 V，经有源滤波和抗混叠电路后输入AD7874，由AD7874完结A/D转化。
一般以为，压力变送器的丈量压力与输出直流信号之间的联系为线性变换，但实践上线性度并不为零。在压力丈量规模较大时，由线性度引起的丈量系统误差不能疏忽，应依据实验数据进行校准。
2.4.2 环境温度丈量
输电线路覆冰与温度严密相关，温度的丈量精度直接决议着覆冰猜测的精度。本规划中温度传感器选三线制Pt100铂电阻温度传感器，依照世界温度规范ITS-90：
其间，RPt为Pt100的电阻值，T为温度。电阻信号有必要转化为直流电压信号后才干进行A/D转化。选用三线制热电阻，是因为三线制可消除长线引起的附加电阻带来的丈量误差。
图 3为高精度温度丈量电路。热电阻阻值有必要转化成电压或电流信号才干输入A/D电路。XTR103为BURR-BROWN公司出产的以Pt100热敏电阻 (或其他类型)为鼓励、输出4～20 mA直流电流的高灵敏度变送器。其内部集成的二阶校对线性化电路可以完结Pt100阻值到直流电流的线性转化，广泛使用于工业进程操控、工厂自动化、 SCADA等范畴。精细电流/电压转化器RCV420完结直流电流到直流电压的转化。
XTR103输出电流信号IO与Pt100阻值RPt的函数联系为：
其间，IO为输出电流信号，在4～20 mA规模内;RG为XTR103的量程电阻;Rz为基准电阻。考虑热泵运转工况，要挑选适宜的量程电阻和基准电阻，以设定适宜的温度丈量规模。挑选 RG=150 Ω，Rz=80 Ω，由式(1)和(2)可以确认温度丈量规模为-50.77～132.55℃，可以满意我国输电线路环境温度丈量规模的要求。
为了进步温度丈量精度，除了选用图3所示的高精度信号转化电路外，还有必要处理以下两个问题：
①铂电阻的阻值一温度特性校准。式(1)给出的是额外特性，实践的铂电阻存在统计学意义上的涣散性，因而有必要校准每个铂电阻的阻值-温度特性。
②铂电阻元件的热滞后(thermal lag)问题。热滞后问题由元件与环境的换热热阻以及元件本身的热容一起引起。铂电阻元件由铂电阻丝和不锈钢封装外壳组成，在高温使用中选用陶瓷封装。因为铂电阻丝十分细、质量小，可疏忽其热惰性。
2.4.3 风速和风向丈量
风速的丈量要害是要把风速参数转化成能被A/D电路处理的电信号，由风速/风向传感器来完结。本文选用风速/风向传感器EA-V200，其风速丈量规模为 0～50 m/s，输出信号为抗搅扰才干强的直流电流4～20 mA。此直流信号由A/D电路转化为数字信号后再由VC33处理。
风向丈量由EA-V200给出8个开关量输入来表明不同的风向。
3 系统软件规划
设定Microcomputer/Bootloader为VC33的运转形式。运转前程序寄存在存取速度较低的Flash中，系统复位后由固化在DSP芯片上的Bootloader把程序搬移到高速SRAM中全速运转。本文只简略介绍软件的功用。程序从结构上分为主程序和中止服务程序两部分。
主程序包含：
①系统初始化程序。设置外部存储器接口、串口、守时器、中止、中止向量表、键盘接口等参数，确认系统的运转形式。
②数据处理程序。把A/D转化后的离散化数据转化成实践的温度、压力、工质质量流量，除掉不良数据，收集数据的高频噪声滤波，终究得到反响系统实践工况的状况量等。
中止服务程序包含：
①A/D收集程序。完结一切模仿量的12位收集。依据热力传感器的特色，采样频率每路均设为24 Hz。A/D收集程序占用VC33的INT0中止。
②键盘扫描程序。当有按键动作时，读取按键编码。占用VC33的INT2中止。
③操控量驱动程序。驱动数字输出或模仿量输出。由VC33的TIMER0的守时器中止来供给这些操控驱动的周期。详细操控战略要依据详细的使用来确认。
④通讯程序。完结LCD显现、与PC通讯的功用。占用VC33的守时器中止。
4 总 结
依据DSP的输电线路部分气候在线监测设备可以涣散安装在输电线路沿线杆塔上，实时丈量气候参数，包含环境温度和湿度、大气压力、风速等。这些参数皆与输电线路覆冰猜测、脱冰跳动、风舞及操控等严密相关，可以向调度中心供给线路现场的详细信息。本设备的规划触及多学科内容，现总结规划中的一些经历：
①依据输电线路的实践运转工况挑选适宜的传感器或变送器。留意与数据收集系统合作，合理安置传感器或变送器的数量和测点。
②VC33与外设的时序操控问题。对慢速的外部扩展设备，只是规划适宜的拜访等候状况是不行的(如A/D芯片，其片选信号无效后数据总线的封闭仍需相对较长一段时间)，还有必要细心研讨外设的拜访时序，规划相应的封闭电路，避免形成总线抵触使得系统无法作业。
③系统的抗电磁搅扰问题。依据VC33的系统是高速系统，电磁搅扰问题特别严峻，特别对时钟线要进行杰出的屏蔽。对高频信号线要留意传输线间隔、匹配电阻规划、印制电路板布线形状等问题。选用多层布线板对立电磁搅扰有好处，但成本会添加。
依据DSP的输电线路部分气候在线监测设备充分发挥了“DSP+CPLD”系统的长处，可以完结环境温度、大气压力、湿度、风速和风向等参数的多通道收集、数据处理、自然灾害预警等功用，对进步输电线路甚至整个电网的安全牢靠性具有重要的现实意义。
