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用MSP430F149設(shè)計低成本智能電力監(jiān)測儀

用MSP430F149設(shè)計低成本智能電力監(jiān)測儀

作者:jdzj868 來源:機電之家下載站錄入:jdzj868 更新時間：2009-12-3 16:53:38 點擊數(shù)：0

【字體：

】

摘要:
本文介紹了以MSP430F149 單片機為核心研制的一種智能電力監(jiān)測儀，該監(jiān)測儀具有低成本、低功耗、多功能等特點，并對其硬件和軟件結(jié)構(gòu)作了詳細分析。
引言
為保證電網(wǎng)安全運行并了解電網(wǎng)的運行狀況，需要對電網(wǎng)的各種運行參數(shù)進行適時監(jiān)測。微機技術(shù)在電力系統(tǒng)中的普及應(yīng)用，使電力系統(tǒng)的測量和監(jiān)控技術(shù)得到了快速發(fā)展。采用微機交流采樣來測量電流、電壓、有功、無功等電量既經(jīng)濟又可靠。但在實際應(yīng)用中，由于監(jiān)控儀表大多采用單片微機和時域的計算方法，數(shù)據(jù)處理能力差，運算速度慢，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)諧波或三相電路不平衡時，無功功率存在不平衡誤差，精度下降。高性能的數(shù)字信號處理器(DSP)應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動化是發(fā)展方向，但使用DSP 又存在開發(fā)周期長、成本高的問題。為了使電力系統(tǒng)監(jiān)測儀表有一個較高的性價比，本文介紹一種基于 MSP430F149 的低成本多功能全電子式電力系統(tǒng)監(jiān)測儀。
硬件設(shè)計
本設(shè)計使用的MSP430F149 單片機屬于德州儀器公司MSP430F13X /14X FLASH 系列。該系列是一組超低功耗的微控制器，由多種針對不同應(yīng)用而以不同模塊組成的型號組成，微控制器可使用電池長期工作，電壓范圍1.8～3.6Ｖ。由于具有16位RISC 結(jié)構(gòu)，16 位寄存器和常數(shù)寄存器， MSP430 達到了最大的代碼效率。數(shù)字控制的振蕩器提供快速從所有低功耗模式蘇醒到活動模式的能力時間少于6ms。MSP430F14X 帶有兩個16 位定時器（帶看門狗功能）、速度極快的 8 通道12 位A/D 轉(zhuǎn)換器(ADC)(帶內(nèi)部參考電壓、采樣保持和自動掃描功能）、一個內(nèi)部比較器和兩個通用同步/異步發(fā)射接收器、48個I/O口(均可獨立控制)的微處理器結(jié)構(gòu)。硬件乘法器提高了單片機的性能并使單片機在編碼和硬件上可兼容。MSP430 FLASH 擦寫次數(shù)高達10 萬次，強力抗干擾。 MSP430F149 有60KB 的FLASH ROM 和2KB 的RAM。其中FLASH 又分為120 段(每段512B)的主存儲器和兩段(每段128B)的信息存儲器。 FLASH 可以整個擦除也可以分段擦除，這給系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計都帶來了極大的便利和靈活性。 MSP430F14X的A/D 轉(zhuǎn)換器ADC12 采用逐次逼近原理，12 位分辨率，高2位由電阻網(wǎng)絡(luò)獲得，低10 位由電容網(wǎng)絡(luò)獲得，最高采樣速率可達2 × 105 次/s。ADC12 有內(nèi)置的采樣保持電路，8個內(nèi)部模擬輸入通道，每個通道可獨立選擇內(nèi)外正負參考電壓源。片內(nèi)有16組采樣寄存器，其中一個16位寄存器存放轉(zhuǎn)換結(jié)果，一個 8 位寄存器存放采樣通道號、參考電壓選擇及序列標(biāo)志。用戶可以預(yù)先設(shè)置好通道順序及參數(shù)，并用序列標(biāo)志指明序列的結(jié)束位置，這一結(jié)構(gòu)可以大大減少采樣控制軟件的成本。鑒于MSP430F149 單片機的以上特點，測周期電路選用內(nèi)部模擬比較器，采樣選擇內(nèi)部ADC，并且外部不用擴展存儲器和I/O 口。圖1為系統(tǒng)硬件框圖，可以看出外圍設(shè)備得到了簡化。
通信協(xié)議
本設(shè)計采用基于ModBus 總線的通信, 使信息和數(shù)據(jù)在上位機(主站）和電力監(jiān)測儀之間有效地傳遞。其作用包括：（1）允許主站訪問和設(shè)定所接電力監(jiān)測儀的全部設(shè)置參數(shù)；（2）允許訪問電力監(jiān)測儀的所有測量數(shù)據(jù)。 ModBus 是一種工業(yè)應(yīng)用廣泛的開放式現(xiàn)場總線協(xié)議，可以利用RS-232或者RS-485進行通信�；就ㄐ欧绞绞且粭l通信線路上只能有一個主站控制通信，由主站發(fā)出數(shù)據(jù)請求指令，而子站響應(yīng)主站的數(shù)據(jù)請求信號。在一個時刻只能有一個子站響應(yīng)主站的請求。數(shù)據(jù)傳送采用ASCII碼，8位數(shù)據(jù)位，無校驗，1個停止位。每個ModBus數(shù)據(jù)包由子站地址、功能、數(shù)據(jù)和錯誤驗4個部分組成。

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