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

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理器；接地檢測(cè)；分布式

中圖分類號(hào)：TP274.2

在機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)主電路（直流）、輔助電路（交流）發(fā)生瞬時(shí)接地故障時(shí)，接地保護(hù)繼電器動(dòng)作，使主（或輔）電路跳閘。由于接地故障點(diǎn)多面廣，在機(jī)車運(yùn)行過(guò)程和進(jìn)段入庫(kù)后，司機(jī)和檢修人員很難找到故障點(diǎn)的位置來(lái)及時(shí)排除故障，從而影響機(jī)車的正常運(yùn)行。本文研制的模塊，利用高速數(shù)字信號(hào)處理器及時(shí)并準(zhǔn)確處理數(shù)據(jù)，找到交（直）流接地點(diǎn)，從而有效地實(shí)現(xiàn)接地檢測(cè)。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

由于需要檢測(cè)的信號(hào)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(lái)實(shí)現(xiàn)接地檢測(cè)功能。

接地檢測(cè)模塊可以完成對(duì)機(jī)車1、2架交、直流電路的漏電流檢測(cè)功能。用戶可根據(jù)實(shí)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(cè)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(cè)功能；也可兩者全裝，完成交直流電路漏電檢測(cè)功能。

系統(tǒng)總體框圖見圖1所示。

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

2 F2812性能特點(diǎn)

TMS320F2812數(shù)字信號(hào)處理器是TI公司推出的32位定點(diǎn)DSP控制器，頻率高達(dá)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(lái)進(jìn)行開發(fā)及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)軟件進(jìn)行升級(jí)時(shí)的簡(jiǎn)單再編程。優(yōu)化過(guò)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(jì)時(shí)器、捕捉譯碼接口等；芯片自帶的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可實(shí)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(jí)換代；芯片提供了高速外設(shè)接口，最多可擴(kuò)展1.5M×16bit存儲(chǔ)器，為系統(tǒng)提供更多的可用空間；芯片支持1個(gè)不可屏蔽中斷和16個(gè)可屏蔽中斷外部可屏蔽保護(hù)中斷，并通過(guò)一個(gè)中斷擴(kuò)展控制器來(lái)仲裁這些中斷。

3 接地檢測(cè)單元的軟硬件實(shí)現(xiàn)

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

為提高AD輸入的精度，利用ADS7805芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。ADS7805的是一款量化精度達(dá)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(shí)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(hào)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(shí)，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(jì)時(shí)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(cè)單元選用了74ABT16245芯片，可以很好地實(shí)現(xiàn)電平兼容。

模擬信號(hào)的輸入經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，通過(guò)ADS7805進(jìn)行A/D變換，并由DSP實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的濾波處理。同時(shí)利用DSP的GPIO口和ADG506芯片設(shè)計(jì)16通道復(fù)選器，來(lái)控制多路ADC的啟動(dòng)和停止，達(dá)到動(dòng)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(hào)、22路模擬信號(hào)的選通信號(hào)以及74ABT16245等芯片的片選信號(hào)。程序設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，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(jì)者先利用MATLAB的FDATOOL工具設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)，在CCS中單獨(dú)定義一個(gè)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(yùn)行時(shí)，首先對(duì)DSP芯片進(jìn)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(shí)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(shí)器中斷程序中進(jìn)行的。利用定時(shí)器模塊產(chǎn)生采樣波形，即每收到一個(gè)定時(shí)器中斷，就選通某路信號(hào)，同時(shí)對(duì)該路信號(hào)進(jìn)行一次采樣并完成對(duì)該信號(hào)的實(shí)時(shí)處理運(yùn)算。當(dāng)有該中斷請(qǐng)求時(shí)，DSP就進(jìn)入中斷服務(wù)程序，進(jìn)行讀取和濾波工作。ADC芯片的地址分配到ZONE2存儲(chǔ)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(yǔ)

本文介紹了應(yīng)用DSP處理器TMS320F2812來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車接地故障的檢測(cè)。樣機(jī)裝車驗(yàn)證表明，該模塊基本能達(dá)到預(yù)期目的。

參考文獻(xiàn)：

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

作者簡(jiǎn)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(jī)務(wù)段常務(wù)段長(zhǎng)，主要從事電力機(jī)車運(yùn)用檢修工作。

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