基于DSP芯片的发电机励磁控制器的USB通讯装置制造方法及图纸

一种基于ＤＳＰ芯片的发电机励磁控制器ＵＳＢ通讯装置，其特征在于它是基于高性能控制芯片ＴＭＳ３２ＯＦ２８１２作为核心处理器，灵活方便的ＣＨ３７５作为ＵＳＢ通讯控制芯片，上位机功能完善丰富的应用软件作为其人机界面。本实用新型专利技术的优越性和技术效果在于利用高性能数字信号处理芯片实现各种复杂的发电机励磁控制规律，提高励磁系统的精度和速度，并通过灵活的ＵＳＢ接口和上位机功能完备的应用软件，实现丰富的通讯功能，包括：实现无遗漏的连续记录发电机中因各种断路故障而造成的系统振荡，系统频率突变以及系统动态过程的电流和电压变化；通过分析软件分析实时的电压电流曲线可以直接得出现有的工作状态的可靠性报告。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电机自动化领域，特别是一种基于DSP芯片的发电机励磁控制器的USB通讯装置。(二)技术背景电机自动化控制是电力系统自动化的重要领域，对整个电力系统的运行状况有重要影响。性能良好的励磁控制装置不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性，目前发电机控制理论多采用线性控制理论，核心结构多为8位或16位单片机，通讯接口多为RS232串行通信，而发电机本身是一个非线性系统，因此非线性控制效果往往不能令人满意，这里一方面的原因是采用的核心结构多为单片机，运算速度和精度有限，加上外设的时间延迟，难以实现各种复杂的控制理论，另一方面，原有的励磁控制器通讯系统由于多采用RS232，速度有限，协议简单，难以实现复杂的传输功能，使对发电机运行状况的监控和分析手段有限，从而降低了发电机的运行性能。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于DSP芯片的发电机励磁控制器的USB通讯装置，它能首先利用高性能的DSP芯片实现信号的高精度和快速处理，然后通过灵活的USB通讯通道，将各种数据按照不同要求传输到上位机，上位机通过应用软件实现对发电机运行状况的监控和分析功能。本技术的技术方案一种基于DSP芯片的发电机励磁控制器的USB通讯装置，包括信号采集电路及励磁系统的上位机与下位机，其特征在于所说的上位机是由基于USB接口的PC工作平台，所说的下位机是基于DSP芯片的发电机励磁控制器，上位机与下位机间依USB控制芯片，实现其数据传输。上述所说的信号采集电路由电压电流传感器与交流采样前端电路组成；交流采样前端电路将采集的电压、电流信号处理后送入中央数据处理电路中的A/D模块输入端。上述所说的上位机是指配备驱动程序和应用软件的并且支持USB口通讯的移动PC，上位机应用程序对设备I/O进行Win32调用，这个调用有I/O系统服务接受，I/O管理器从这个请求构造一个合适的I/O请求包，I/O管理器将IRP传递给层次式的驱动程序，最终由最底层驱程完成于硬件打交道。上述所说的下位机是指以DSP为核心的励磁控制器，励磁控制器通过信号采集电路和内部数字信号处理程序将运算所得的重要数据放入指定存储区，用于与上位机的数据交换。上述所说的USB控制芯片指的是通过并行数据线与下位机相连，并通过USB接口和通讯电缆与上位机相连，实现上位机与下位机之间的数据的USB格式传输的转换芯片。下位机通过数据线，地址选通线及其他辅助线与USB控制芯片相连。本技术的工作方法由以下步骤所构成(1)前端电路及片上模数转换电路实现数据的采集(2)DSP芯片实现数据的运算处理及存储，(3)下位机端通过USB控制芯片实现协议转换；(4)上位机通过驱动程序和应用程序实现对硬件I/O口的访问和数据的分析处理。所说的步骤(1)前端电路利用互感器将发电机二次侧的高电压、大电流转换小范围的电压信号，并通过进一步的比例运放电路，限幅电路、滤波电路将得到的适合片上模数转换模块的小信号，然后通过片上模数转换电路得到各种电压电流的数字量信号。所说的步骤(2)中DSP芯片将模数转换得到的数字量通过交流采样算法得到各种数据，在完成控制规律用于控制输出的同时，将数据存入指定的存储区，用作与上位机数据通讯所用。所说的步骤(3)中利用USB控制芯片作为中间协议转换装置，配合下位机实现USB传输协议；下位机通过中断程序，将下位机送到控制芯片缓冲区的数据自动打包成为符合USB传输协议的数据帧送往上位机或是将上位机传输来的帧解析得到实际想要的数据送往下位机。所说的步骤(4)的驱动程序采用WDM层次型驱动模型，首先设置驱动程序与USBD总线驱动程序的调用接口，然后读取USB设备的各种描述符，取得可用的配置接口和端点，查找合适的接口描述符，为每个接口选择传输通道类型，并建立相应的接口描述符标，以便应用程序为每个接口与USB设备通信。所说的步骤(4)的应用程序对设备I/O进行Win32调用，这个调用由I/O系统服务接受，I/O管理器从这个请求构造一个合适的I/O请求包，I/O管理器将IRP传递给层次式的驱动程序，最终由最底层驱程完成于硬件打交道。本技术的工作原理信号采集电路把发电机电压互感器二次侧电压及电流互感器二次测电流变换为较低幅值交流电压，经多路选择开关及片上模数转换变为数字量信号送入以DSP为核心的中央数据处理器中，中央处理器一方面对输入量按选定的控制规律计算出可控硅的触发角，一方面对计算过程中所得的重要数据存入特定存储区，方便USB通讯系统进行存取，USB控制芯片通过中断请求实现对特定存储区的存取，同时通过外置固件实现协议转换，完成于上位机的通信，上位机通过应用软件通过调用Win32API函数完成对硬件I/O口的操作。本技术的优越性和技术效果在于利用高性能控制芯片DSP实现各种复杂的发电机励磁规律，并通过新型的USB控制芯片实现下位机的USB通讯接口，而上位机通过USB接口与励磁控制器结合，实现高速灵活的数据通信，通过上位机分析软件实现(1)实现无遗漏的连续记录发电机中因各种断路故障而造成的系统振荡，系统频率突变以及系统动态过程的电流和电压变化；(2)通过分析软件分析实时的电压电流曲线可以直接得出现有的工作状态的可靠性报告；(3)通过各种起励试验和模拟故障试验观测电力系统暂态运行状况，比较各种控制理论的优越性比较，为优化参数提供参考。附图说明附图1位本技术所涉“基于DSP芯片的发电机励磁控制器USB通讯装置”中的总体结构示意图。附图2为本技术所涉“基于DSP芯片的发电机励磁控制器USB通讯装置”的下位机流程图。附图3为本技术所涉“基于DSP芯片的发电机励磁控制器USB通讯装置”USB驱动程序结构层次图。附图4为本技术所涉“基于DSP芯片的发电机励磁控制器USB通讯装置”设备驱动程序调用示意图。附图5为本技术所涉“基于DSP芯片的发电机励磁控制器USB通讯装置”电压电流信号收集前端电路示意图。具体实施方式实施方法一种基于DSP芯片的发电机励磁控制器USB通讯装置，其特征在于它已美国德州仪器最新推出的高性能电机控制专用DSP芯片TMS320 F2812为中央处理器，信号采集前段电路和A/D转换电路；同时DSP将计算所得的重要数据放在指定存储区域，通过USB通讯接口芯片CH375实现USB固件程序，下位机配合实现USB传输协议实现，上位机端通过位机通过驱动程序和应用程序实现对硬件I/O口的访问和数据的分析处理(结构示意图如图1)。上述所说的信号采集前端电路利用从互感器转换的发电机二次侧的高电压、大电流转换为0～3V的电压信号，如图5，并利用D11、D12、D21、D22构成输入限幅保护，R24、R252、R26、R34、R35、R36、C11、C12、C16、C17构成互感器阻容滤波电路，所得的信号经光电隔离后直接送入DSP的16个A/D转换通道。上述所说的片上A/D转换所得的数字信号存入指定缓冲区，CPU通过快速傅立叶变换计算电压电流的有效值并与参考值进行运算处理，实现复杂的控制算法，最后得出下一步的触发角，输出控制可控硅功率电路。上述所说的下位机端USB固件程序的编写本技术的USB控制芯片采用南京沁恒公司的CH375芯片，并应用其外置固件模式，即本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＤＳＰ芯片的发电机励磁控制器的ＵＳＢ通讯装置，包括信号采集电路及励磁系统的上位机与下位机，其特征在于所说的上位机是由基于ＵＳＢ接口的ＰＣ工作平台，所说的下位机是基于ＤＳＰ芯片的发电机励磁控制器，上位机与下位机间依ＵＳＢ控制芯片，实现其数据传输。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周雪松，马幼捷，张跃均，吴平安，康文广，邵宝福，安晓东，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]