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基于有源滤波器的串口通信设计与实现

来源:    作者:    发布时间:2016-09-18 17:11:01    浏览量:

摘 要: 介绍了基于DSP的并联有源滤波器与上位机的RS-232串口通信设计,给出了DSP串行通信的硬件接口电路和通信协议,并完成了串口通信的软件编程。下位机使用C语言和汇编语言混合编程,上位机采用Visual C++设计界面,并用串口控件MSComm编写串口程序,实现上位机对有源滤波器数据的采集、显示、处理和存储。调试结果表明,该串口通信设计可以实现上位机对有源滤波器的监控。
关键词: 有源滤波器;串口通信;Visual C++;MSComm

 在工矿企业中,非线性电力负荷的大量增加使电网谐波污染日益加剧。而有源滤波器APF(Active Power Filter)能够有效地滤除电网谐波,提高电能质量,已成为谐波补偿的一种发展趋势。随着电网智能化的提高,仅仅完成谐波的滤除是不够的,还需要将有源滤波器所处理监控的一些动态参数(如电压、电流、谐波等)上传给上位机,以实现电网数据的实时监测、分析和处理。串口通信是上位机与下位机数据交换常使用的方法之一,它具有数据传输可靠、连线少、成本低和抗干扰强等优点[1]。因此,在本监控系统中本文采用RS-232串行通信方式完成上下位机的数据交换。如果需要长距离传输,可以加Modem使用电话网或插件电感是直接使用无线通信网络。
1 有源滤波器与上位机通信的硬件设计
 有源滤波器设计采用并联型拓扑结构,电网电流经电流互感器按比例转换成低电流,经A/D转换器采样后读入DSP控制模块,DSP运用瞬时无功功率理论计算出补偿电流的指令信号,再利用该信号和实际的补偿电流设计滞环比较器,产生PWM信号控制主电路生成合适的补偿电流回馈给电网,以消除电网谐波。
为了完成数据的实时传输,DSP控制模块通过扩展异步通信芯片TL16C750实现系统的高速串行通信。TL16C750具有集成度高、使用方便及兼容性好等特点,可由软件设定16 B或64 B的FIFO,波特率最高可达1 Mb/s,具有可编程的串行数据发送格式[2]。它的片内寄存器选择信号线A0~A2和数据线D0~D7直接与DSP相连;片选信号、读写信号、接收准备好和发送准备好信号等控制信号通过CPLD逻辑电路与DSP相连,以便完成对TL16C750的控制。TL16C750接收上位机传来的命令,并将下位机并行数据转换成串行数据上传给上位机。
 由于RS-232端口的电气特性规定逻辑1是-3 V~ -15 V,逻辑0是+3 V~+15 V,与TTL电平不兼容。因此,本设计采用电平转换芯片MAX3232,完成TTL电平到RS-232电平的转换。然后将MAX3232的T1out和R1in接到PC的串口上。有源滤波器与上位机通信的硬件原理框图如图1所示。

2 通信协议设计
 通信协议是指通信双方的一种约定,它规定了数据接收方和数据发送方需共同遵守的某种数据格式、同步方式、传送速度、纠错方式等,是串口通信的基础[3]。本设计采用主从式、半双工通信方式,波特率选择9 600 b/s,1 bit偶校验,8 bit数据位,1 bit停止位,并采用十六进制数据格式来表示指令代码和数据,格式如下:
 起始字节 地址码 功能码 参数代号 操作数 结束字节
 指令代码和数据都采用定长格式,起始字节为A5,结束字节为5A,没有参数的字节用FF填充。其中,操作数为2 B,其他为1 B。
 地址码为1 B,在多机通信中,每个下位机有唯一的地址码,以响应与该地址相应的数据信息。由于本机还处于试验调试阶段,本文采用最简单的单机通信,即只有一台下位机,该下位机地址码为01H。
功能码包括查询命令、读命令和写命令,每个功能码是1 B,由上位机发送给下位机,告诉下位机执行何种动作。本通信中查询命令、读命令和写命令功能码分别为25H、26H和27H,分别告诉下位机执行查询从机、读数据和写数据操作。
 首先,上位机向下位机发送查询从机命令,命令格式为:A5+地址码+查询命令(25H)+FF FF FF 5A。下位机接收到命令后,上传特定数据给上位机,以完成上下位机的握手。
通信指令包括一条读指令和一条写指令。
 读指令格式为:A5+地址码+读命令(26H)+FF FF FF 5A。
 返回数据为电压、电流、谐波电流、小数点位置。
 写指令格式为:A5+地址码+写命令(27H)+参数代号+被写入参数值+5A。
 当上位机将读指令发送给下位机时,下位机将采集的电压、电流、谐波电流和小数点位置上传给上位机。小数点位置用1 B表示,其他参数由2 B组成,低字节在前,高字节在后。

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