基于F2812的接地檢測模塊開發(fā)

摘 要：本文主要闡述了應(yīng)用高性能DSP處理器TMS320F2812來開發(fā)接地檢測模塊，介紹了接地檢測模塊的系統(tǒng)組成和單元的軟硬件實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理器；接地檢測；分布式

中圖分類號：TP274.2

在機車運行過程中，當(dāng)主電路（直流）、輔助電路（交流）發(fā)生瞬時接地故障時，接地保護繼電器動作，使主（或輔）電路跳閘。由于接地故障點多面廣，在機車運行過程和進段入庫后，司機和檢修人員很難找到故障點的位置來及時排除故障，從而影響機車的正常運行。本文研制的模塊，利用高速數(shù)字信號處理器及時并準(zhǔn)確處理數(shù)據(jù)，找到交（直）流接地點，從而有效地實現(xiàn)接地檢測。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

由于需要檢測的信號線較多，而且在車內(nèi)很難找到合適的集中安裝位置，因此采用分布式結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)接地檢測功能。

接地檢測模塊可以完成對機車1、2架交、直流電路的漏電流檢測功能。用戶可根據(jù)實際需要，選擇安裝直流漏電流傳感器完成直流電路漏電檢測功能；或選擇安裝交流漏電流傳感器完成交流電路漏電檢測功能；也可兩者全裝，完成交直流電路漏電檢測功能。

系統(tǒng)總體框圖見圖1所示。

接地檢測單元處理器采用TI公司的TMS320F2812。接地檢測單元的電路原理和功能見圖2所示。

2 F2812性能特點

TMS320F2812數(shù)字信號處理器是TI公司推出的32位定點DSP控制器，頻率高達150MHz，可極大提高控制系統(tǒng)的控制精度和芯片處理能力。

該芯片集成了128kB的閃存，用戶可以用來進行開發(fā)及對現(xiàn)場軟件進行升級時的簡單再編程。優(yōu)化過的事件管理器包括脈沖寬度調(diào)制（PWM）產(chǎn)生器、可編程通用計時器、捕捉譯碼接口等；芯片自帶的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可實現(xiàn)每秒16.7MB的采樣；和C2000器件代碼向下兼容，系統(tǒng)指令和'F240x兼容，利于產(chǎn)品的升級換代；芯片提供了高速外設(shè)接口，最多可擴展1.5M×16bit存儲器，為系統(tǒng)提供更多的可用空間；芯片支持1個不可屏蔽中斷和16個可屏蔽中斷外部可屏蔽保護中斷，并通過一個中斷擴展控制器來仲裁這些中斷。

3 接地檢測單元的軟硬件實現(xiàn)

接地檢測單元可以對22路模擬信號進行處理。處理完的數(shù)據(jù)可以通過485總線或CAN總線發(fā)送給車上其它設(shè)備進行顯示。

為提高AD輸入的精度，利用ADS7805芯片進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。ADS7805的是一款量化精度達到16位的A/D轉(zhuǎn)換芯片。芯片內(nèi)部包括16位精度的基于電容網(wǎng)絡(luò)的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣保持電路、時鐘電路、與微處理器的接口電路等部分。ADS7805的最高采樣速率為100kHz，模擬信號輸入范圍為-10V～+10V。芯片只需要5V單電源供電，最大耗散功率為100mW。

ADS7805為5V單電源供電。當(dāng)輸出的數(shù)據(jù)位為‘1’時，芯片的輸出電平值為5V。由于DSP芯片的I/O電壓采用的是3.3V邏輯電平，因此，設(shè)計時還需在ADS7805的數(shù)據(jù)輸出端加上電平轉(zhuǎn)換芯片。接地檢測單元選用了74ABT16245芯片，可以很好地實現(xiàn)電平兼容。

模擬信號的輸入經(jīng)過預(yù)處理后，通過ADS7805進行A/D變換，并由DSP實現(xiàn)對數(shù)字信號的濾波處理。同時利用DSP的GPIO口和ADG506芯片設(shè)計16通道復(fù)選器，來控制多路ADC的啟動和停止，達到動態(tài)地選擇采樣通道的目的。

DSP作為主CPU，利用GPIO口，產(chǎn)生ADS7805的采樣觸發(fā)信號、22路模擬信號的選通信號以及74ABT16245等芯片的片選信號。程序設(shè)計時，考慮到在進行A/D轉(zhuǎn)換時，不使能74ABT 16245芯片。A/D轉(zhuǎn)換完成后，再使能該芯片，避免造成多路數(shù)據(jù)引起的數(shù)據(jù)總線沖突。

設(shè)計者先利用MATLAB的FDATOOL工具設(shè)計好數(shù)字濾波器，并將濾波器系數(shù)以文件形式導(dǎo)出。DSP程序設(shè)計時，在CCS中單獨定義一個數(shù)組存放濾波器系數(shù)，并將MATLAB導(dǎo)出的濾波器系數(shù)導(dǎo)入該數(shù)組。

DSP程序運行時，首先對DSP芯片進行初始化，主要包括PLL寄存器初始化、系統(tǒng)中斷向量表初始化、外設(shè)初始化、GPIO口的初始化和定時器的初始化等。傳感器的數(shù)據(jù)讀取和數(shù)字濾波工作是在定時器中斷程序中進行的。利用定時器模塊產(chǎn)生采樣波形，即每收到一個定時器中斷，就選通某路信號，同時對該路信號進行一次采樣并完成對該信號的實時處理運算。當(dāng)有該中斷請求時，DSP就進入中斷服務(wù)程序，進行讀取和濾波工作。ADC芯片的地址分配到ZONE2存儲空間0x080020～0x080820連續(xù)的地址。最后處理好的數(shù)據(jù)可以調(diào)用通信子程序發(fā)送給相應(yīng)設(shè)備。

4 結(jié)束語

本文介紹了應(yīng)用DSP處理器TMS320F2812來實現(xiàn)對機車接地故障的檢測。樣機裝車驗證表明，該模塊基本能達到預(yù)期目的。

參考文獻：

[1]蘇奎峰，呂強.TMS320F2812原理與開發(fā)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

作者簡介：李峰，男，陜西神木人，畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，助理工程師，現(xiàn)任機務(wù)段常務(wù)段長，主要從事電力機車運用檢修工作。

作者單位：中國神華能源股份有限公司包神鐵路公司 機務(wù)段，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000