CS5451A模块功能是把输入的六通道电压电流信号转化成数字信号输出。CS5451A与TMS320F2801通过SPI口连接,每隔250微秒主动发出一组数据。
TMS320F2801有两个SPI接口,一个作为从SPI接收CS5451A数据,另一个作为从SPI与MCU通讯。24C04用来保存设置数据和校准数据。
软件设计
软设计分两大部份,TMS320F2801的软件和MCU软件。
MCU软件主要是从TMS320F2801种读取数据、显示和与PC机通讯,本文不作介绍。
TMS320F2801的软件实现对CS5451A的数据采集、电量计算、谐波分析、与89C52
通讯、脉冲输出。软件主流程如图4。
图3:通过电流互感器把0-6安的三相电流信号转化成三个400mV的信号。
初始化系统配置寄存器,包括系统频率设置、Flash寄存器初始化、SPIA和SPIB的使能。SPIA用来接收CS5451A的数据,SPIB用于89C52通讯。
外部中断用来捕捉CS5451A的同步信号,在捕捉到同步信号以后,初始化并启动SPIA模块,SPIA模块在接收到12个字节数据以后产生中断,把数据保存到缓存中。流程如图5。
图4:软件主流程图。
电能计算方法
谐波分析方法
由于电网频率是变化的,采样频率固定,所以每个周波采集到的瞬时值个数是不固定的。要进行64点FFT计算,必须把采集到的瞬时值转化成64点瞬时值,转化方法有多种,本设计采用的是拉格朗日二次差值法,精度比线性差值法高,计算量也可以达到要求。
图5:中断处理流程图。
/*
拉格朗日定理(lagrange):
若函数f(x)满足:(1)f(x)在闭区间[a,b]上连续;(2)f(x)在开区间(a,b)可导;
则在开区间(a,b)必存在S,使得f(b)-f(a)=f‘(s)(b-a)。
拉格朗日二次插值公式:
已知曲线上三点(x0,y0),(x1,y1),(x2,y2),则该二次曲线为:
L(x)=(x-x1)(x-x2)f(x0)/(x0-x1)(x0-x2)+(x-x0)(x-x2)f(x1)/(x1-x0)(x1-x2)+(x-x0)(x-x1)f(x2)/(x2-x0)(x2-x1);
*/
//Ta是周期值
//Points是要抽取的点数,本系统进行64点FFT计算,Points取64