CN213689915U - 一种变压器绕组状态监测系统的硬件电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种变压器绕组状态监测系统的硬件电路。本实用新型包括传感器、信号调理电路、改进锁相倍频电路、A/D转换模块、中央控制模块、通讯接口电路、人机交互接口电路；信号调理电路包括抗混叠低通滤波器、限幅电路；中央控制模块包括DSP、MCU；传感器、抗混叠低通滤波器、限幅电路、A/D转换模块依次连接；传感器还通过过零检测电路与改进锁相倍频电路连接，改进锁相倍频电路再通过采样控制选择电路与A/D转换模块连接，A/D转换模块、采样控制选择电路与DSP连接，DSP通过双向RAM与MCU连接，MCU再与人机交互接口电路连接。本实用新型能完成多路信号的隔离、调理、模数转换、运算及数据传输。

Description

一种变压器绕组状态监测系统的硬件电路

技术领域

本实用新型涉及一种变压器绕组状态监测系统的硬件电路，属于变压器技术领域。

背景技术

数据采集单元主要负责在线测量诊断绕组状态所需的必要绕组参数，这是绕组状态实现有效诊断的前提。因此，对监测系统数据采集单元的硬件设计是十分重要的，关系着整个系统的测量准确性和运行可靠性，在当前的电力设备监测场合，往往需要采集大量的数据并进行运算、存储，对实时性要求很高，为了解决这些难题，本实用新型提出了一种新的变压器绕组状态监测系统的硬件电路。

发明内容

针对上述问题，本实用新型旨在解决上面描述的问题。本实用新型的一个目的是提供一种解决以上问题的变压器绕组状态监测系统的硬件电路。具体地，本实用新型具有高可靠性、电路隔离效果好、抗干扰能力强。

本实用新型技术方案是：一种变压器绕组状态监测系统的硬件电路，包括传感器、信号调理电路、改进锁相倍频电路、A/D转换模块、中央控制模块、通讯接口电路、人机交互接口电路；所述信号调理电路包括抗混叠低通滤波器、限幅电路；中央控制模块包括DSP、MCU；所述传感器、抗混叠低通滤波器、限幅电路、A/D转换模块依次连接；传感器还通过过零检测电路与改进锁相倍频电路连接，改进锁相倍频电路再通过采样控制选择电路与A/D转换模块连接，A/D 转换模块、采样控制选择电路与DSP连接，DSP通过双向RAM与MCU连接，MCU再与人机交互接口电路连接，MCU还通过通讯接口电路与外界通信。

进一步地，所述信号调理电路还包括同步方波变换电路，同步方波变换电路分别连接DSP的CAP捕捉模块及改进锁相倍频电路。

进一步地，还包括时钟电路，时钟电路与MCU连接。

进一步地，所述传感器包括电压互感器、电流互感器和振动加速度传感器；电压互感器采用SPT204A，电流互感器采用SCT254FK。

进一步地，所述抗混叠低通滤波器采用二阶Sallen-Key低通滤波器。

进一步地，所述改进锁相倍频电路中，锁相芯片选用了CD4046，二进制分频器CD4040的前端设计了一个用于通道选择的模拟多路开关电路CD4051。

进一步地，所述A/D转换模块采用16位同步采样模数转换器ADS8364芯片。

进一步地，所述DSP采用TMS320F28335。

进一步地，所述人机交互接口电路还与报警指示LED、通道指示LED、按键控制、OLED液晶显示模块连接；OLED液晶显示模块采用集成SSD1305OLED 驱动器的VGY12864C显示模块。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用合理的PCB布局和制造工艺以切断各种电磁耦合的干扰，尽可能保证整个系统的高度可靠性；

2、开关量的输入、输出电路可以通过光耦合器进行有效隔离。二次回路布线时将强、弱电信号线分开，实现隔离，避免了回路间相互感应和互扰影响，印刷电路板的布线将信号线与电源线分开、数字线路与模拟电路分开，起到很好的电路隔离效果；

3、采用模块化设计，便于系统扩展，隔离了模块间的相互干扰，提高了系统的可靠性，也便于模块的更新换代；

4、可以在电源正、负极间并接大容量的电容，且所有插件和芯片的电源和地之间都有退耦电容，电源零线采取浮空的方式，可以尽量减少电源线与机壳之间的分布电容，避免干扰。

附图说明

图1是本实用新型变压器绕组状态监测系统的总体结构示意图；

图2是本实用新型变压器绕组状态监测系统的数据采集系统框图；

图3是本实用新型变压器绕组状态监测系统的SPT204A应用电路图；

图4是本实用新型变压器绕组状态监测系统的SCT254FK应用电路图；

图5是本实用新型变压器绕组状态监测系统的二阶Sallen-Key低通滤波器；

图6是本实用新型变压器绕组状态监测系统的双向限幅电路图；

图7是本实用新型变压器绕组状态监测系统的同步方波变换电路；

图8是本实用新型变压器绕组状态监测系统的改进锁相倍频电路；

图9是本实用新型变压器绕组状态监测系统的模/数转换电路及其采用控制选择电路；

图10是本实用新型变压器绕组状态监测系统的双CPU系统接线图；

图11是本实用新型变压器绕组状态监测系统的OLED显示模块的并行访问与控制功能接口电路。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

下面结合附图，对根据本实用新型所提供的保护连接片测量专用多功能电压表进行详细描述。

实施例1：一种变压器绕组状态监测系统的硬件电路，本实用新型将对监测系统的硬件设计进行详细阐述。数据采集单元主要负责在线测量诊断绕组状态所需的必要绕组参数，这是绕组状态实现有效诊断的前提。因此，对监测系统数据采集单元的硬件设计是十分重要的，关系着整个系统的测量准确性和运行可靠性；

监测系统的总体方案设计采用分层结构，依次为数据采集装置、通信总线和工控机，总体结构图如图1所示；其中，数据采集装置位于监测现场，负责数据采集、处理和信息通讯，并可以依照下行指令上传数据给工控机或进行采样点数修改等操作；通信总线实现信号采集装置与工控机的数据交换和指令传达；工控机对采集的数据进行分析、处理，并对绕组参数进行图形化显示以及绕组变形故障的识别。系统可以实现三相或单相，双绕组或三绕组的变压器的在线监测和绕组内部变形故障诊断的任务。

在当前的电力设备监测场合，往往需要采集大量的数据并进行运算、存储，对实时性要求很高，为了解决这些难题，本文所应用的系统采用了基于 DSP+STM32+工控机的三体模式，可以有效解决单一微控制器处理能力不足及资源有限的问题，可以减轻算法复杂性和系统实时性要求的矛盾，实现了稳定的数据采集系统和友好的人机监控界面，构成了一个集数据监控、数据处理、信息通信及故障诊断为一体的智能化监控系统。其中，具有Cortex-M3内核的 STM32F103单片机作为管理CPU，负责系统控制和数据交换：采用数字处理器 TMS320F28335作为运算CPU，专注于信号的采集和参数的计算；工控机主要负责对上传数据的接收及后续处理、数据库的管理、参数曲线的实时显示、下行指令的发送、变压器绕组故障的诊断、告警提示、故障信息记录、历史数据查询等。监测系统采用双口RAM的双机通信方式解决了DSP和单片机之间大数据量交换的问题，提高了数据通信和资源共享的效率和可靠性；信号采集装置中预设了多种通讯方式的接口电路，实际应用中根据现场环境和实际需求，可以选用 Rs-485总线、GPRS无线或以太网方式与外界工控机通信；

本实用新型整个硬件系统主要包括传感器、信号调理电路、改进锁相倍频电路、A/D转换模块、中央控制模块、通讯接口电路、人机交互接口电路；所述信号调理电路包括抗混叠低通滤波器、限幅电路、时钟电路；中央控制模块包括 DSP、MCU；所述传感器、抗混叠低通滤波器、限幅电路、A/D转换模块依次连接；传感器还通过过零检测电路与改进锁相倍频电路连接，改进锁相倍频电路再通过采样控制选择电路与A/D转换模块连接，A/D转换模块、采样控制选择电路与DSP连接，DSP通过双向RAM与MCU连接，MCU再与人机交互接口电路连接，MCU还通过通讯接口电路与外界通信，时钟电路与MCU连接。本实用新型能够完成多路信号的隔离、调理、模数转换、运算及数据传输等功能，监测系统的硬件原理图如图2所示。

高精度的电量传感器可以将变压器绕组侧的二次侧电压、电流信号转换为同波形的弱电电压信号，通过加速度传感器采集振动信号，信号调理模块对信号进行有效的调整，其中滤波放大电路采用二阶Sllen-Key低通滤波器的设计，对信号的滤波效果极佳；限幅电路可以防止采样电压高于AID转换芯片所能承受的输入电压：同步锁相倍频电路可用以实现同步等间隔采样的控制，满足高精度、高稳定性测量及实时性的要求，锁相环电路具有实时跟踪电网频率变化的能力，当电网信号频率发生变化时，电路能实时跟踪并锁定信号，始终保持采样频率是电网信号频率的整数倍关系；同步方波变换电路将正弦信号变为同频率的方波信号，该方波信号送入锁相倍频电路后，提供给AID转换芯片ADS8364，用于触发采样；AD转换模块对信号进行同步无相差的转换，由DSP实时读取A/D转换后的数字量，对测量数据进行处理和相关计算，并存储，然后STM32经由双口RAM读取数据，最后通过通讯总线上传工控机。

(1)对于传感器的选择：

在变压器状态监测系统中，需要同时对电流信号、电压信号和振动信号等参数进行实时在线测量，可实现电气上的电位隔离，测量结果在测最范围内需要满足线性度和动特性要求。采用高性能的传感器可以实现电力线路与控制设备的电气隔离，同时可以将各种电气信号变换为相应线性比例的电量信号，以实现数据的在线采集功能。

在本监测系统中，就是通过高性能的电压互感器、电流互感器和振动加速度传感器对被测信号(电压、电流、振动信号)进行采集的。通过传感器获得可靠的被测信号，对信号进行深入分析、处理，从而实现对绕组状态的判断。因此，选择高性能的互感器关系到监测系统能否成功实现。互感器是整个监测系统的输入端，担负着信号隔离和提取的双重任务，为了实现在变压器正常运行状态下准确地获取输入信号，监测系统设计中对互感器的选择有如下要求：

(1)在测量范围内线性度良好，精度高，采集的信号波形无畸变现象并与输入信号间的相角差较小，一般要求精度小于0.1％，相角差小于5。

(2)稳定性高。外界条件变化对测量结果的影响应尽可能小，并且变化范围应在设计要求范围以内。

(3)具有良好的抗干扰能力及较强的电磁兼容性能。

(4)具有足够的容量，工作范围或量程都足够大，具备一定的过载能力。

经过对各种类型电量互感器的综合分析比较，最终选择了星格公司的电压互感器SPT204A和电流互感器SCT254FK，该类互感器使用了高隔离度耐冲击的全树脂密封，采用精密小巧的PCB板焊接式安装，并且运用了新型电磁隔离技术，具有高精度、感应式输入、微功耗的优点。

SPT204A是一款亳安级精密电流型电压互感器，它的输入额定电压为100V，辅入额定电流为2mA，额定输出电流为2mA，由于属于电流型电压互感器，使用时首先将电压信号变换成电流信号，并在二次侧进行电压取样以实现信号的采集，具体应用电路如图3所示。

图3中，R是限流电阻，通过调整R的值，使额定输入电流为2mA，就满足额定测量的使用条件。副边电路属于一种电流电压变换电路，实现电压取样的目的。可以调整反馈电阻R和r的值，以获得所需的电压值输出，而电容C1及可调电阻r是用起到相移补偿的作用。电容C2一般采用400至000pF的小电容，用来防振和滤波；C3起到抗干扰作用，数值一般小于400pF。采用两个二极管反接的方式来保护运算放大器，防止输入信号过大：该电路稍加改动可以使用单电源供电模式，适用于单极性AD转换器的输入。副边电路也可以不采用接运算放大器的连接方式，对于一般测量可以直接并联一个合适大小的采样电阻。

SCT254FK是一款精密电流型电流互感器，它的输入额定电流为5A，额定输出电流为2.5mA，使用时首先将电压信号变换成电流信号，并在二次侧进行电压取样以实现信号的采集，具体应用电路如图4所示。

通过调整反馈电阻R和r可以控制互感器的电压输出，电容C1及可调电阻 r起到补偿相移的作用，电容C2是400至100pF的小电容，用于防振和滤波作用，C3起抗干扰作用，其数值一般小于400pF。这个典型应用电路稍加改动也可构成单电源供电模式，适用于单极性A/D转换器的输入。副边电路也可以不采用接运算放大器的连接方式，对于一般测量可以直接并联一个合适大小的采样电阻。SPT204A和SCT254FK的主要技术指标如表1和表2所示，满足监测系统的测量精度要求。

表1为电压传感器SPT204A的技术指标

表2为电流传感器SCT254FK的技术指标

(2)对于信号调理电路，所述信号调理电路包括抗混叠低通滤波器、限幅电路，所述信号调理电路还包括同步方波变换电路，同步方波变换电路分别连接 DSP的CAP捕捉模块及改进锁相倍频电路。

a、低通滤波放大电路

为了避免监测现场各类高频干扰信号影响测量精度，有必要采用抗混叠低通滤波器对系统获取的互感器信号进行滤波处理，本系统采用二阶Sallen-Key低通滤波器的设计，如图5所示，其特点是具有较大的品质因数，可以用较少的有源滤波器级数获得较好的准高斯波形输出，具有非常好的信号滤波效果。此电路有两个重要的功能：一是改变RC的数值可以调整滤波的截止频率；另一是改变R 与R的比值可调整电路的增益大小。

b、限幅电路

在数据采集过程中，若AID转换器发生损坏，则测量、检测和控制功能将无法正常的实现。在AD转换器前设计了限幅电路，可以保证AD转换器免受损坏以及系统的准确测量。传统的限幅器大多基于二极管的击穿特性实现限幅功能的，存在着稳压值并不恒定且不易掌握的缺点，本系统设计了双向限幅电路如图 6所示，其中。设定UR＝+2.5V，外接高精度的基准电平，可以实现士2.5V的限幅功能。

c、同步方波变换电路

同步方波变换电路主要包括电压比较器和电阻等元件，可以实现将正弦信号整形为相同相位的方波信号，具体实现如图7所示。由信号调理电路处理后的-- 路信号，经过同步方波变换电路后，可以得到同相位的方波信号。电路采取3.3V 单电源的供电方式，使其输出33V的高电平信号，以满足ADS8364和DSP等电路的电平要求。同步方波变换电路输出的方波信号主要有两方面作用：一方面将其送到DSP芯片的CAP捕获模块，以实现对电网信号频率进行测量的目的：另一方面将其引入到改进型锁相倍频电路中，利用改进锁相倍频电路产生倍频信号，用于触发ADC同步等间隔采样。

(3)本实用新型能进行AD同步采样

a、采样点数的选择

数据采集系统要获得准确的测量结果，需要设计合适的系统采样点数，每个周期里采样点数的大小直接影响着系统的数据计算精度和系统实时性。若系统采样频率设计得过高，则每个周期的采样点数将过多，会造成数据存储量很大，并增加系统的运算时间长度，必然影响到系统的实时性：另一方面，若系统采样频率设计得过低，则会在计算过程中造成信号在频域内产生混叠的现象，致使频谐失真，无法真实反映实际的测量信号。根据香衣采样定理：采样频率必须大于原模拟信号频谱中最高频率的两倍，则原模拟信号才可由其采样信号(17)来唯一表示，最高频率石称为奈奎斯特频率141。根据香农采样定理可知，能够恢复出原始采样信号的最小采样频率为f＝2右。

根据电力系统的标准以及监测系统的设计要求，本系统每个周期的采样点数默认设计为64点，因此能够测量的谐波次数31次，可以达到监测系统的要求。如果采用固定的采样点数N进行采样，此时的采样间隔为TIN，当被采样信号的频率偏离工频50Hz时，会使得到的电压、电流、有功功率和无功功率等参数存在较大的误差。为了提高系统的测量精度，本文设计采用了-种自适应调整采样间隔和采样点数的技术，采样间隔可以根据测量到的信号频率进行自动调整，采样点数可以通过上位机指令控制实时在线修改，采用自适应调整采样的方法可以大大降低系统的测量误差，提高了系统的适应性。在AD转换电路中，采用跟踪输入信号频率变化的变步长倍频信号在作为AD采样的触发信号，使本系统具有较高的测量精度和实时性。

b、采样脉冲的产生

利用锁相倍频电路可以对采样的速率进行有效控制，能够实现同步采样的目的。锁相环电路主要由相位比较器(PC)、低通滤波器(LPF)、压控振荡器(VCO) 三部分组成。利用锁相倍频电路控制同步采样的优点在于微处理器单元可以避免同步采样的干扰，且可以实时地跟踪采样频率，这种硬件同步采样法与软件同步采样法比较，虽然增加了部分硬件开销，但同时减少了大量的软件工作量，且可靠性和准确性要比软件同步好得多，因此本系统设计采用了改进型硬件同步采样的方法来产生采样脉冲

实时性和数据运算精度相对来说是一对矛盾体，在一个系统中往往不可兼顾，其中一个关键的要素取决于信号采样点数的多少。系统的实时性主要损失在数据的运算处理过程中，采样点数越大，数据运算的时间就要越久，导致实时性的下降；而采样点数太少，虽然实时性得到提高，却可能导致运算精度达不到要求。针对这一问题，该系统专门设计了可以实时、实地自适应地改变采样点数的电路和程序，满足了某些实际场合对实时性或运算精度的特殊要求，通过改进锁相倍频电路能实现采样点数的实时修改操作，具体实现电路如图8。

如图8所示，锁相芯片选用了CD4046，它是-种通用型CMOS锁相环集成电路，具有电源电压范围宽、输入阻抗高、动态功耗小等诸多特点。如上图，以 CD4046芯片为核心的锁相电路能够对过零检测电路的输出信号进行自动跟踪，在改进型锁相倍频电路的设计中，二进制分频器CD4040的前端设计了一个用于通道选择的模拟多路开关电路CD4051，当锁相环处于锁定状态时，计数器输出信号频率和锁相环的输入信号频率是相等的，于是在计数器的输入端CLK引脚可以得到倍频输出信号J＝Nxf；默认设置一个基频周期内采样64点，因此采样信号的频率要设置为基频的64倍频，利用模拟多路开关选通CD4040的Q6引脚，即设置采样点数为64点，此时CD4040的Q6引脚和CD4046的锁相环输入端引脚是相连的，形成64次倍频电路。当接收到修改采样点数的指令时，单片机执行V0输出来控制模拟开关的三位地址码，执行对应的通道切换，以实现不同的分频控制，得到不同倍频的输出信号作为ADC的触发信号，同时通过软件内部修改运算数组的大小，最终实现同步采样点数的实时修改控制功能。通过以上锁相倍频电路的改进设计，使得信号采样方式更灵活，也使系统具有更好的适应性。

c、A/D采样电路

在进行周期性电气参数测量时，同步采样是对实时信号实现准确测量的关键 AD转换的分辨率决定了模数转换电路的精度，模数转换电路环节在各种测量系统中都占据极其重要的地位，A/D转换器的位数选择关系到整个监测系统的测量范围和精度，因此AD转换器的位数至少要达到监测系统测量精度所要求的最高分辨率。虽然TMS320F28335处理器自带12位、最大转换频率可达25MHz的内部A/D转换器，在系统精度要求不是很高的情况下完全可以利用其构成同步顺序采样电路实现同步采样功能。但是考虑到整个监测系统对电量采集精度、速度的较高要求，模数转换电路设计中选用了TI公司的高速、低功耗、六通道16位同步采样模数转换器ADS8364芯片。ADS8364提供最高250ksps的同步转换速率，还具有超低功耗(69mW/通道)的六个输入通道的转换，使得每个通道的单位平均成本较低。多通道相互独立的ADC能够提高硬件系统的并行处理速度；具有80dB的良好共模抑制能力的全差分输入通道；通道的数据输出接口可以与DSP接口直接相连，节省了中间的电平转换电路；将其REFin和REFout引脚接到一起，可以为差分电路提供2.5V的参考电压。这里模拟量采用单端输入，将 _IN端接共模电压2.5V，+IN端接前端信号调理模块的输出。

模/数转换电路及其控制电路如图9所示，所述采样控制选择电路与DSP连接用于通过DSP提供时钟频率，AD88364每通道的差分输入信号均需要通过运算放大器和电平自举电路实现将双极性交流信号转换为0～5V的信号。A/D转换器的最大时钟频率为5MHz，通过TMS320F28335的PWM1输出口提供，ADD 和BYTE位设为低电平，改进型锁相倍频电路输出的同步倍频信号HOLD用做三对采样保持放大器的触发信号，当每对通道转换完成后，将由EOC口向DSP 的XINT1发出外部中断请求信号，DSP响应外部中断请求后启动读A/D子程序，通过地址线选通对应通道，并将ADC转换所得数字量由数据线读入，保存到数组中。

本系统需要采集十二路信号，采用同步采样技术来获得所需的数据，每片ADS8364芯片可以实现六路信号的同步采集，因此系统采用了两片ADS8364来实现模数转换电路的功能。ADS8364的数据读出方式主要包括直接地址读方式、循环读方式、FIFO读方式。三种，本采集系统选择直接地址读方式。ADS8364 和TMS320F28335的接口方式如图9。两片ADS8364的片选信号CS分别由外部扩展口CS_6AD、CS_7AD控制，转换结果的地址分别映射到区域6和区域7 的范围内。在DSP读取A/D数据时，t址/模式选择信号可以选择从ADS8364中读取数据的方式，具体的对应关系如表3。

表3对应关系表

d、CPU单元是监测系统的核心单元，由于监测系统任务多样，不仅有周期性任务(数据采集、分析计算等)，又有“突发性”任务(人机交互、数据通信等)，同时还需要保证系统的实时性。综合考虑变压器绕组监测系统的发展现状和趋势，本系统采用DSP(数据采集与处理系统)+STM32(管理系统)的双CPU控制单元。其中，DSP凭借超强的运算能力，主要负责数据采集、数据运算与处理等任务，STM32单片机依靠丰富的内部资源，主要完成数据的存储、人机交互以及与上位机软件的通讯等功能，DSP和STM32之间通过双口RAM实现快速数据交换。

TMS320F28335型数字信号处理器是TI公司的一款TMS320C28X系列32 位浮点型DSP控制器。该器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外设集成度高；还配置了丰富的外设，兼备了较强的运算能力和控制、通信功能：数据以及程序存储量大，A/D转换更精确快速等。它采用哈佛流水线结构，保证程序数据的高速传输，能够快速执行中断响应。并具有统一的内存管理模式，可用C/C++ 语言实现复杂的数学算法；其浮点处理单元集成了传统C28x的32位定点结构单元以及单精度(32位)浮点单元，因此可同时执行定点和浮点运算指令；主频高达150MHz，采用高性能的静态CMOS技术，其浮点核的运算速度最高可达300 兆浮点指令/秒；开发环境集成度高，易于开发浮点算法的软件程序语法，有丰富的模块函数库可供调用，减轻自己编写模块设置函数的负担；自带简易操作系统DSP/BIOS，有助于用户开发多任务的应用程序，能够提高代码执行效率；IDLE 模式使CPU处于低功耗模式；HALT模式关掉内部时钟，是设备处于最低功耗的状态。

STM32系列微控制器是意法半导体公司基于ARM公司具有突破性的 Cortex-M3内核开发的32位闪存微控制器，该内核是专门设计为了满足集高性能、低功耗、具有竞争性价格于一体的嵌入式领域的要求。集成了更丰富的资源、方便使用的架构以及低功耗的特性，具有丰富的模块函数固件库，加上具有竞争力的价格，为MCU用户带来了前所未有的自由空间，提供了全新的32位高性能、高集成度、低功耗、低价位、低电压等特性的MCU，为用户的开发带来了极大的益处。STM32微控制器的主要优势包括：具有业界领先架构的Cortex-M3 内核、超低的功耗、内部高度集成、创新而出众的外设。

双CPU系统接线图如图10所示，包括DSP。双口RAM以及STM32的对应管脚连接关系图。TMS320F28335可以与双口RAMCY7C026采用直接连接方式，而STM32F与双口RAM的连接时需要对单片机进行总线打展，利用锁存器的锁存功能，通过使能控制，采用I0口分时复用的方式来实现地址和数据的读写。在DSP与单片机进行数据交换时，为避免对同-地址进行写操作而产生冲突，设计中将CY7C026地址：空间分为两个区域，分别分配给给DSP和单片机使用，二者只能在分配给自己的空间内进行写操作，在对方区域内进行读操作，这样就可以避免冲突产生，提高了数据交换可靠性。

e、人机交互单元设计

液晶显示屏由于自身具有显示信息丰富，功耗低，体积小，重量轻等优点，因而是智能数据采集系统中理想的显示单元，近年来，液晶显示屏被广泛应用于智能仪器仪表、工业控制和家用电器领域。本监测系统选用集成SSD1305OLED 驱动器的VGY12864C显示模块，该模块是128列X64行点阵的OLED单色、字符、图形显示；模块，应用电路简单，使用方便，新型OLED(有机发光二极管)显示模块是一种全新技术，与传统LCD显示模块相比，OLED采用3。3V低工作电压，可以自身发光，亮度高，高对比度，不需要背光源，功耗更低；环境温度范围更宽(-40-+85C)；可视视角更宽(可达165°)，响应速度更快，外形更薄，利用OLED显示模块提升了监测系统的就地显示能力，也扩展了其应用环境范围。OLED显示模块的接口方式采用直接访问方式，STM32微处理器利用自身丰富的外设I/O口资源，实现对OLED显示模块的并行访问与控制功能，接口电路如图11所示，如图1中所示，所述人机交互接口电路还与报警指示LED、通道指示LED、按键控制、OLED液晶显示模块连接；OLED液晶显示模块采用集成SSD1305OLED驱动器的VGY12864C显示模块。

点阵汉字主要有两种显示方式：一种是文本显示方式；另一种是图形显示方式，由于系统显示的信息量有限，所用到的汉字、图形等相对有限，因而可以采用了不带字库的OLED显示模块并采用图形显示方式，以节省成本和空间，利用字模软件来提取汉字字模，每个汉字的字模有32个字节，它们以表的形式存储在RAM中，设计中也能通过现有的软件方法设计实现了不带字库的OLED的“伪带字库”显示方法，为中英文的显示提供了极大的方便，对软件的易读性和后期修正有极大的帮助，还可以节约硬件成本，同时能够进行各种显示方式的控制，如负向显示，闪烁显示等。

设计监测系统时，可以选用工业级的芯片和元件，采用合理的PCB布局和制造工艺以切断各种电磁耦合的干扰，尽可能保证整个系统的高度可靠性，采取了措施可以如下：

(1)隔离和屏蔽措施。开关量的输入、输出的电路可以通过光耦合器进行有效隔离。二次回路布线时将强、弱电信号线分开，实现隔离，避免了回路间相互感应和互扰影响，印刷电路板的布线将信号线与电源线分开、数字线路与模拟电路分开，起到很好的电路隔离效果。

(2)监测系统可以采用模块化设计，利用插板连接的方式实现各模块的灵活配置选择，将CPU模块、开入开出模块、电源模块、数据采集模块、人机交互面板和按键等通过中间连接板单元进行系统的连接，充分利用了空间使装置结构更紧凑，各自相对独立又相互联系，便于系统扩展，隔离了模块间的相互干扰，提高了系统的可靠性，也便于模块的更新换代。

(3)电源电路的处理。可以在电源正、负极间并接大容量的电容，且所有插件和芯片的电源和地之间都有退耦电容，电源零线采取浮空的方式，可以尽量减少电源线与机壳之间的分布电容，避免干扰。

上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种变压器绕组状态监测系统的硬件电路，其特征在于：包括传感器、信号调理电路、改进锁相倍频电路、A/D转换模块、中央控制模块、通讯接口电路、人机交互接口电路；所述信号调理电路包括抗混叠低通滤波器、限幅电路；中央控制模块包括DSP、MCU；所述传感器、抗混叠低通滤波器、限幅电路、A/D转换模块依次连接；传感器还通过过零检测电路与改进锁相倍频电路连接，改进锁相倍频电路再通过采样控制选择电路与A/D转换模块连接，A/D转换模块、采样控制选择电路与DSP连接，DSP通过双向RAM与MCU连接，MCU再与人机交互接口电路连接，MCU还通过通讯接口电路与外界通信；

所述传感器包括电压互感器、电流互感器和振动加速度传感器；电压互感器采用SPT204A，电流互感器采用SCT254FK；

所述人机交互接口电路还与报警指示LED、通道指示LED、按键控制、OLED液晶显示模块连接；OLED液晶显示模块采用集成SSD1305OLED驱动器的VGY12864C显示模块。

2.根据权利要求1所述的变压器绕组状态监测系统的硬件电路，其特征在于：所述信号调理电路还包括同步方波变换电路，同步方波变换电路分别连接DSP的CAP捕捉模块及改进锁相倍频电路。

3.根据权利要求1所述的变压器绕组状态监测系统的硬件电路，其特征在于：还包括时钟电路，时钟电路与MCU连接。

4.根据权利要求1所述的变压器绕组状态监测系统的硬件电路，其特征在于：所述抗混叠低通滤波器采用二阶Sallen-Key低通滤波器。

5.根据权利要求1所述的变压器绕组状态监测系统的硬件电路，其特征在于：所述改进锁相倍频电路中，锁相芯片选用了CD4046，二进制分频器CD4040的前端设计了一个用于通道选择的模拟多路开关电路CD4051。

6.根据权利要求1所述的变压器绕组状态监测系统的硬件电路，其特征在于：所述A/D转换模块采用16位同步采样模数转换器ADS8364芯片。

7.根据权利要求1所述的变压器绕组状态监测系统的硬件电路，其特征在于：所述DSP采用TMS320F28335。

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