專利名稱：基于嵌入式加數(shù)字信號處理的電力電子數(shù)字控制平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于有源濾波、無功補(bǔ)償、UPS、逆變控制等電力電子應(yīng)用領(lǐng)域的裝置，涉及一種電力電子領(lǐng)域的通用數(shù)字控制平臺。
背景技術(shù)：
數(shù)字化技術(shù)隨著信息技術(shù)的發(fā)展而飛速發(fā)展，同時(shí)，也對電力電子技術(shù)的發(fā)展起到了巨大的推動作用。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的日益完善和成熟，它顯示出了越來越多的優(yōu)點(diǎn)，諸如便于數(shù)字處理器的處理和控制；避免模擬信號的傳遞畸變和失真；減少雜散信號的干擾；便于自診斷，容錯等技術(shù)的植入等。在數(shù)字處理器進(jìn)入電力電子技術(shù)領(lǐng)域的初期，只是完成諸如監(jiān)控、顯示等輔助功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級的控制。但是，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字處理器已經(jīng)被應(yīng)用于控制電路。專用于PWM變換器的數(shù)字控制器由于其功耗低，對模擬電路部分參數(shù)變化不敏感，可以方便地和數(shù)字系統(tǒng)相連接，并且可以方便地實(shí)現(xiàn)完善成熟的控制方案，而越來越受歡迎。數(shù)字控制的電力電子裝置以數(shù)字控制器代替模擬硬件電路進(jìn)行PWM控制，通過開關(guān)的快速切換實(shí)現(xiàn)電量的變換。
在有源濾波、無功補(bǔ)償、UPS、逆變控制等電力電子應(yīng)用領(lǐng)域中都會有PWM脈沖和數(shù)字信號處理等部分。這樣的場合，開關(guān)頻率要求比較高，信號處理實(shí)時(shí)性要求也比較高。以前設(shè)計(jì)人員都是根據(jù)自己的項(xiàng)目進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出的硬件缺乏通用性，造成了大量人力、財(cái)力和精力的浪費(fèi)。有關(guān)參數(shù)、設(shè)置的修改也要到程序里面進(jìn)行，因此，極為不方便。存在人機(jī)界面不友好、控制程序編寫復(fù)雜、困難等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種基于嵌入式加數(shù)字信號處理的電力電子數(shù)字控制平臺，該數(shù)字控制平臺可通用于在有源濾波、無功補(bǔ)償、UPS、逆變控制等電力電子應(yīng)用領(lǐng)域，節(jié)約了因不同的電力電子控制應(yīng)用場合而帶來的開發(fā)人力和財(cái)力。具有友好的人機(jī)界面，并能使產(chǎn)品程序開發(fā)簡單。
技術(shù)方案采用嵌入式加數(shù)字信號(ARM+DSP)的模式。ARM與DSP通過串口通信。ARM主要負(fù)責(zé)與上位機(jī)通信、與液晶顯示器和鍵盤接口等外圍設(shè)備的控制與通信，ARM中移植μC/OS-II操作系統(tǒng)；DSP主要負(fù)責(zé)脈沖的觸發(fā)、信號的采集和處理等。
本發(fā)明的基于ARM+DSP的電力電子通用數(shù)字控制平臺以DSP和ARM為中心，其中，DSP分別與DSP電源電路、外擴(kuò)I/O口、AD輸入、外擴(kuò)兩片RAM、DSP調(diào)試口、PWM輸出、DSP復(fù)位晶振電路、DSP、繼電器控制檢測接口相連接；ARM分別與ARM電源、ARM復(fù)位、液晶顯示器接口、ARM調(diào)試口、鍵盤、ARM、與上位機(jī)串行接口相連接；DSP與ARM之間由異步串行口相連通。
DSP即DSP芯片“U9”的數(shù)據(jù)口“D0-D15”分別與外擴(kuò)I/O口即I/O電路“U2”、外擴(kuò)兩片RAM即RAM電路“U3、U4”的數(shù)據(jù)口相連接，DSP即DSP芯片“U9”的“144、139、142、135、90、91、120”端與DSP調(diào)試口相接，DSP即DSP芯片“U9”的“61、69、8、6、2、126、131”端與繼電器控制檢測相接，DSP即DSP芯片“U9”的“56、54、52、47、44、40、65、62、99、55、46、38”端與PWM輸出相接。
ARM即數(shù)字信號處理電路“U8”的“6”端與ARM復(fù)位的輸出端即放大器“U10A”的輸出端相接；數(shù)字信號處理電路“U8”的“CS1、CS2、DB0～DB7”端分別對應(yīng)與液晶顯示器接口即接口電路“J5”的“CS1、CS2、DB0～DB7”端相接；數(shù)字信號處理電路“U8”的“RS、R/W、E、RRT_”端分別對應(yīng)與ARM調(diào)試口即調(diào)試口電路“J6”的“RS、R/W、E、RRT_”端相接；數(shù)字信號處理電路“U8”的“13、14”端對應(yīng)接與上位機(jī)串行接口即串行接口電路“U11”的“9、10”端。
有益效果能很好滿足電力電子控制領(lǐng)域?qū)π盘柼幚淼膶?shí)時(shí)性要求；通用于有源濾波、無功補(bǔ)償、UPS、逆變控制等電力電子應(yīng)用領(lǐng)域，節(jié)約了開發(fā)成本，加快了開發(fā)周期；鍵盤、液晶顯示器等外圍設(shè)備使人機(jī)界面友好；豐富的輸入輸出口能滿足電力電子控制領(lǐng)域的各種要求；ARM中移植的μC/OS-II操作系統(tǒng)使編程簡化并使程序優(yōu)化。


圖1是本發(fā)明的電路原理框圖。其中有DSP電源電路1、外擴(kuò)I/O口2、AD輸入3、外擴(kuò)兩片RAM 4、異步串行口5、DSP調(diào)試6、PWM輸出口7、DSP復(fù)位晶振電路8、DSP 9、繼電器控制檢測接口10；ARM電源11、ARM復(fù)位電路12、液晶顯示器接口13、ARM調(diào)試口14、鍵盤15、ARM16、與上位機(jī)串行接口18。
圖2、圖3、圖4、是DSP電源電路1、外擴(kuò)I/O口2、AD輸入3、外擴(kuò)兩片RAM 4、異步串行口5、DSP調(diào)試6、PWM輸出口7、DSP復(fù)位晶振電路8、DSP9、繼電器控制檢測接口10的電原理圖。
圖5、圖6為ARM電源11、ARM復(fù)位電路12、液晶顯示器接口13、ARM調(diào)試口14、鍵盤15、ARM16、與上位機(jī)串行接口18的電原理圖。
具體實(shí)施例方式
整個(gè)控制平臺采用DSP加ARM模式。DSP采用TI公司的TMS320LF2407，ARM采用Philips公司的LPC2104。DSP TMS320LF2407的16路AD輸入完全能夠滿足電力電子控制領(lǐng)域中對AD輸入路數(shù)的要求。
該控制平臺以DSP 9和ARM16為中心，其中，DSP 9分別與DSP電源電路1、外擴(kuò)I/O口2、AD輸入3、外擴(kuò)兩片RAM4、DSP調(diào)試口6、PWM輸出口7、DSP復(fù)位晶振電路8、DSP9、繼電器控制檢測接口10相連接；ARM16分別與ARM電源11、ARM復(fù)位12、液晶顯示器接口13、ARM調(diào)試口14、鍵盤15、ARM16、與上位機(jī)串行接口18相連接；DSP9與ARM16之間由異步串行口5相連通。
DSP9即DSP芯片“U9”的數(shù)據(jù)口“D0-D15”分別與外擴(kuò)I/O口2即I/O電路“U2”、外擴(kuò)兩片RAM4即RAM電路“U3、U4”的數(shù)據(jù)口相連接，DSP 9即DSP芯片“U9”的“144、139、142、135、90、91、120”端與DSP調(diào)試口6相接，DSP 9即DSP芯片“U9”的“61、69、8、6、2、126、131”端與繼電器控制檢測接口10相接，DSP 9即DSP芯片“U9”的“56、54、52、47、44、40、65、62、99、55、46、38”端與PWM輸出口7相接。
ARM16即數(shù)字信號處理電路“U8”的“6”端與ARM復(fù)位電路12的輸出端即放大器“U10A”的輸出端相接；數(shù)字信號處理電路“U8”的“CS1、CS2、DB0～DB7”端分別對應(yīng)與液晶顯示器接口13即接口電路“J5”的“CS1、CS2、DB0～DB7”端相接；數(shù)字信號處理電路“U8”的“RS、R/W、E、RRT_”端分別對應(yīng)與ARM調(diào)試口14即調(diào)試口電路“J6”的“RS、R/W、E、RRT_”端相接；數(shù)字信號處理電路“U8”的“13、14”端對應(yīng)接與上位機(jī)串行接口18即串行接口電路“U11”的“9、10”端。圖中提供的12路PWM脈沖拓寬了控制平臺在需要PWM脈沖的應(yīng)用場合，只要接上本控制平臺的不同接口，就可以用于在有源濾波、無功補(bǔ)償、UPS、逆變控制等電力電子應(yīng)用領(lǐng)域；DSP的其它I/O口可接開關(guān)控制檢測信號和保護(hù)信號等；32位的ARM控制器接上液晶顯示器、鍵盤，使人機(jī)界面更為友好，另外在ARM中移植入μC/OS-II操作系統(tǒng)，使應(yīng)用程序的編寫簡化和優(yōu)化。DSP TMS320LF2407完全滿足電力電子控制場合對信號處理實(shí)時(shí)性的要求，只要接上不同的輸入輸出口就能實(shí)用于電力電子的控制場合。ARM LPC2104通過串口與DSP TMS320LF2407通信；DSP把數(shù)字處理的結(jié)果通過串口與ARM通信，ARM通過液晶顯示器把處理結(jié)果顯示出來，使人機(jī)界面友好；ARM通過串口將參數(shù)的設(shè)置傳給DSP，控制DSP的工作，ARM外接的鍵盤可以鍵入數(shù)值以修改設(shè)置，不需要到程序里面去修改，這樣就使操作變得簡單。
權(quán)利要求
1.一種基于嵌入式加數(shù)字信號處理的電力電子數(shù)字控制平臺，其特征在于該控制平臺以DSP(9)和ARM(16)為中心，其中，DSP(9)分別與DSP電源電路(1)、外擴(kuò)I/O口(2)、AD輸入(3)、外擴(kuò)兩片RAM(4)、DSP調(diào)試口(6)、PWM輸出口(7)、DSP復(fù)位晶振電路(8)、DSP(9)、繼電器控制檢測接口(10)相連接；ARM(16)分別與ARM電源(11)、ARM復(fù)位(12)、液晶顯示器接口(13)、ARM調(diào)試口(14)、鍵盤(15)、ARM(16)、與上位機(jī)串行接口(18)相連接；DSP(9)與ARM(16)之間由異步串行口(5)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式加數(shù)字信號處理的電力電子數(shù)字控制平臺，其特征在于DSP(9)即DSP芯片“U9”的數(shù)據(jù)口“D0-D15”分別與外擴(kuò)I/O口(2)即I/O電路“U2”、外擴(kuò)兩片RAM(4)即RAM電路“U3、U4”的數(shù)據(jù)口相連接，DSP(9)即DSP芯片“U9”的“144、139、142、135、90、91、120”端與DSP調(diào)試口(6)相接，DSP(9)即DSP芯片“U9”的“61、69、8、6、2、126、131”端與繼電器控制檢測接口(10)相接，DSP(9)即DSP芯片“U9”的“56、54、52、47、44、40、65、62、99、55、46、38”端與PWM輸出口(7)相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式加數(shù)字信號處理的電力電子數(shù)字控制平臺，其特征在于ARM(16)即數(shù)字信號處理電路“U8”的“6”端與ARM復(fù)位電路(12)的輸出端即放大器“U10A”的輸出端相接；數(shù)字信號處理電路“U8”的“CS1、CS2、DB0～DB7”端分別對應(yīng)與液晶顯示器接口(13)即接口電路“J5”的“CS1、CS2、DB0～DB7”端相接；數(shù)字信號處理電路“U8”的“RS、R/W、E、RRT_”端分別對應(yīng)與ARM調(diào)試口(14)即調(diào)試口電路“J6”的“RS、R/W、E、RRT_”端相接；數(shù)字信號處理電路“U8”的“13、14”端對應(yīng)接與上位機(jī)串行接口(18)即串行接口電路“U11”的“9、10”端。
全文摘要
基于嵌入式加數(shù)字信號處理的電力電子數(shù)字控制平臺是一種用于有源濾波、無功補(bǔ)償、UPS、逆變控制等電力電子應(yīng)用領(lǐng)域的裝置，該控制平臺以DSP(9)和ARM(16)為中心，其中，DSP(9)分別與DSP電源電路(1)、外擴(kuò)I/O口(2)、AD輸入(3)、外擴(kuò)兩片RAM(4)、DSP調(diào)試口(6)、PWM輸出口(7)、DSP復(fù)位晶振電路(8)、DSP(9)、繼電器控制檢測接口(10)相連接；ARM(16)分別與ARM電源(11)、ARM復(fù)位(12)、液晶顯示器接口(13)、ARM調(diào)試口(14)、鍵盤(15)、ARM(16)、與上位機(jī)串行接口(18)相連接；DSP(9)與ARM(16)之間由異步串行口(5)相連通。該數(shù)字控制平臺可通用于在有源濾波、無功補(bǔ)償、UPS、逆變控制等電力電子應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號G06F15/16GK1804742SQ20051012296
公開日2006年7月19日 申請日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者趙劍峰, 劉永超, 惲瑞金, 姚軍, 楊振宇 申請人:東南大學(xué)