摘要：針對目前電力系統故障錄波器功耗高和缺少RF無線通信的缺陷，設計一種基于DSP與MSP430系列單片機CC430F5137的電力系統故障錄波器。分析了系統運行原理，詳細介紹了數據采集分析模塊和數據處理模塊的硬件電路設計方法。測試結果驗證了基于DSP和CC430F5137的RF無線通信模塊應用于電力系統故障錄波器的可行性。
關鍵詞：電力系統；故障錄波器；TMS320F2812；CC430F5137

引言
目前，電力系統錄波器已成為電力系統自動化及系統管理的重要組成部分。簡單地說，電力系統錄波器就是一種數據采集記錄裝置，它可以記錄系統非正常和正常狀況下系統電壓、電流、頻率的變化。在電力系統正常運行情況下記錄的數據，對于分析電力系統正常運行下電能的應用情況起著重要的作用；而故障階段記錄的數據，對于分析電力系統故障發生的原因，以及幫助尋找故障發生點，從而迅速處理相關故障事故起著關鍵的作用。
參考文獻設計的電力系統故障錄波器，其數據傳輸采用計算機與局域網相結合的方法，必須以局域網方式連接才能傳輸數據，使得其應用有一定的局限性。參考文獻設計方案是基于DSP的電力系統故障錄波器，通過以太網方式來控制。這兩種設計方案必須架設局域網絡才能實現數據傳輸，針對以上缺點，現采用基于DSP(TMS320F2812)與CC430F5137的設計方案。該方案可以實現100～200 m之間的無線傳輸，而且每個CC430F5137中的RF無線模塊都可以作為一個小中繼器，當作一個中間節點，這樣就可以實現無線網絡的架設，使得傳輸距離更遠。這些優點彌補了目前電力系統錄波器的缺陷，達到了目標應用的要求。

1 裝置整體運行原理
電力系統故障錄波器需要實現數據采集、分析處理等功能。如圖1所示，本系統分為兩部分：一部分是以DSPTMS320F2812為控制核心的數據采集分析模塊，其作用是采集6路模擬信號并分析處理數據，然后將此數據傳輸給CC430F5137；另一部分是以CC430F5137為核心的數據處理模塊，其作用是對分析后的數據進行顯示，并通過內部集成的RF無線模塊將數據發送給監控中心。首先，電力系統中的三相電壓和三相電流通過濾波器濾去高頻干擾和低頻漂移信號，然后由6路傳感器分別對電壓和電流進行數值轉換，轉換后的模擬信號經過信號調理電路傳遞給A／D轉換器AD7656。DSP芯片(TMS320F2812)控制AD7656將6路模擬信號轉換成數字信號，通過FFT算法對電壓和電流的數字量進行分析，并提取出基波和各次諧波分量，計算出功率因數、有功功率、無功功率和THD值等相關參數。最后，DSP通過串口將分析完的數據通過串口傳送給CC430F5137(簡稱F5137)，F5137將DSP傳送的數據通過觸摸屏進行顯示，包括波形和數值的顯示等。根據相關需要，F5137會利用內部集成的RF無線電模塊將數據傳輸給監控中心，如果需要顯示單相或者三相的電壓或者電流，可以通過鍵盤進行選擇。至此，系統運行完畢。

2 系統硬件設計
本系統核心采用TMS320F2812和CC430F5137，采集來的數字信號經過DSP處理后，利用串口將其發送給F5137。F5137將數據顯示在觸摸屏上，并通過RF無線電模塊將數據發送給監控中心。
2．1 數據采集分析模塊硬件電路設計
2．1．1 DSP最小應用系統
TMS320F2812是TI公司的高性能32位定點DSP芯片。主頻達150 MHz，具有低成本、低功耗和高性能的處理能力，特別適用于有大量數據處理的測控場合。
(1)TMS320F2812時鐘電路
出于資源利用和電路設計的簡單性考慮，TMS320-F2812的時鐘電路采用外接晶振的方法，即在TMS320F2812的X1和X2引腳之間連接一個晶振來啟動內部振蕩器。外部晶振的工作頻率為30 MHz，TMS320F2812內部具有一個可編程的鎖相環，用戶可根據所需系統時鐘頻率對其編程設置。
(2)TMS320F2812供電電路
TMS320F2812的供電要求有兩種不同的電壓：一種是為其內核供電的電壓，為1．9 V；另一種是為I／O口供電的電壓，為3．3 V。其中，Vdd供1．9 V電壓，VDDIO供3．3 V電壓，Vss接地。
2．1．2 TMS320F2812與AD7656的硬件電路
TMS320F2812與AD7656的硬件連接如圖2所示。TMS320F2812的ADCINA復用為I／O口與AD7656的D0～D15數據口相連，用來進行數據傳輸GPIOB59端口與CONVST A、CONVST B和CONVST C三個端口相連，作為AD7656的6路A／D同時采樣啟動控制口；GPIOB62端口與AD7656的讀信號／RD相連作為讀取數據控制口，GPIOB61端口與AD7656的BUSY相連，GPIOB63端口與AD7656的RESET端口相連作為重啟控制端口，GPIOB60端口與AD7656的／CS端相連作為片選控制口，用來檢測轉換是否結束。