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摘 要：介绍电力系统中，基于法拉第效应的光学电流互感器测试电流的基本原理，采用TI的最新数字处理芯片TMS320F28335的片内A/D转换器对被测电流进行数据采集，以LabVIEW作为开发平台，使用串口将DSP的数据传送给PC端，同时给出DSP与RS232的硬件连接图，以及DSP和LabVIEW的软件编写程序，对实验室小电流模拟的高强电流信号进行测试研究，测试结果表明该数据采集及分析系统能正常通信，为电力系统电力参数的监测提供了可靠、简便的方法。
关键词：电流互感器；LabVIEW；TMS320F28335；串口；数据采集
中图分类号：TM733文献标识码：A
Application of Serial Communication in the Power System Based on LabVIEW and DSP
LIU Zeng-shui1，LIAO Xiao-song2
(1.Shanghai Technical Institute of Electronics and Information,Shanghai 201210；2.Zhejiang University of Technology,Zhejiang Hangzhou 310018）
Key words: current transformer;labVIEW；TMS320F28335；serial port；data acquisition
随着我国经济持续高速发展，对电能需求日益增大，电力系统中电力参数的监控显得异常重要，光学电流互感器（OCT）由于其绝缘性能好、耗材少、造价低、安全稳定、抗电磁干扰性能好、无污染等优点逐渐取代传统的电流互感器成为测量电流最好的方法。另外，数据采集是测试系统中的一个重要过程，采用数字信号处理器（DSP）作为前端数据采集，通过串口进行与LabVIEW的数据通讯，则比昂贵的数据采集卡显得更为便利 [1]，本文就此设计了一个基于TMS320F28335的数据采集及分析系统系统，用LabVIEW对DSP采集的电流数据进行分析处理，并通过串口实现二者之间的数据交换。
1 光学电流互感器的基本原理
光学电流互感器(OCT)的工作原理是Faraday效应。即当一束线偏振光通过置于磁场中的磁光材料时线偏振光的振动面会线性地随着平行于光线方向的磁场的大小发生旋转[2]，结合安培环路定律，得出电流 和振动面的旋转量 存在线性关系，通过测量线偏振光振动面的旋转角度,就可间接地测量出导体中的电流值。然而，以目前的技术水平，旋转角 难以直接被测得，一般是通过测量和计算含有信息的出射光强信号的大小变化而间接获得。测量原理如图1所示。
2 硬件部分设计
DSP芯片采用TI公司的TMS320F28335，其内部有两个SCI异步串口，该串行通信接口模块（SCI）支持CPU与其他使用标准格式的异步外设之间的数字通信。SCI的串口接收和发送均是双缓冲的，接收和发送都有自己独立的使能和中断标志位。全双工模式下，两者都可以独立或同步运行。为了确保数据的完整性， SCI模块对接收的数据进行间断检测、奇偶性校验、超时和帧出错的检查[3]。
本电路采用RS-232串口接口标准，通过符合RS-232标准的驱动芯片SP3232EEA来实现TTL/RS-232C之间的电平转换电路。对被测电流数据的采集采用了F28335内部集成的12位A/D转换器，其内部自带采样保持电路， 80ns的转换时间，确保了转换的精度。其硬件连接如图2所示。
3 软件部分设计
3.1LabVIEW部分
LabVIEW是实验室虚拟仪器工程平台(Laboratory Virtual Instrument EngineeringWorkbench)的简称，是目前应用最广泛、发展最快、功能最强的图形化软件开发环境[4]。在LabVIEW环境中使用串口与在其它开发环境中开发过程类似，主要包括三个部分。即首先调用VISA Configure Serial Port完成串口参数的设置，包括串口资源分配、波特率、数据位、停止位、校验位和流控等。若初始化没有问题，就可以使用这个串口进行数据收发。发送数据使用VISA Write，接收数据使用VISA Read。
LabVIEW部分程序框图如图3所示，可连续显示12个周波，能够自动记录数据到excel的部分。
图4为Labview的一次测量数据的截图，图中较大的波形为原始AD转换采样数据组成的波形。系统采用每12周波分析一次数据，使用了多种的Labview计算方法对数据进行各种方面的测试。如OCT传感头温度、两路差分信号的平均值、实时有效值，12周波平均有效值，有效值误差的均方差，有效值误差，每周波的采样点数等。
3.2DSP部分
DSP的软件设计是在CCS3.3(Code Composer Studio 3.3)上实现的，CC3.3S是TI开发的一个完整的DSP集成开发环境，也是目前最新版本、使用最为广泛的DSP开发软件之一，它提供了环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等工具，以帮助用户在一个软件环境下完成编辑、编译链接、调试和数据分析等工作[5]。
DSP的时钟频率为30MHZ，本系统波特率设置为最大值115200、8位数据、1位停止位、无奇偶校验；A/D转换器数据采样频率为50KHz。
4 结束语
本系统主要实现了对电力系统中电流参数的数据采集与监测分析。其中，采用了目前最高端的光学电流互感器测量法来检测电流，利用了DSP片内的A/D进行前端数据的采集，通过串口实现与Labview的数据通讯。同时，利用LabVIEW的强大信号分析处理功能，构成了一套操作简便、有效的数据采集与信号分析应用系统。通过实验测出的数据分析，除去OCT测试法本身的因素，实验证明本数据采集及分析系统能良好运行，为电力系统电力参数的监测提供了可靠、简便的方法。
参考文献：
[1]冯娜,尚秋峰.电子式电流互感器数字接口的研究进展[J].电测与仪表,2007(7):44-46.
[2]李庆波，王慧丽，冯瑞颖等.全光纤及其他光学电流传感器技术发展现状[J].传感器技术，2002,21（7）:1-4.
[3]刘和平等．数字信号处理器原理、结构及其应用基础[M].机械工业出版社,2006:185-189.
[4]周求湛，钱志鸿，刘萍萍等．虚拟仪器与LabVIEWTM7 Express程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004(6)：47-105，217-218.
[5]刘和平．TMS320LF240XDSP C语言编程开发应用[M]．北京：北京航空航天出版社，2002.
关键词：电流互感器；LabVIEW；TMS320F28335；串口；数据采集
中图分类号：TM733文献标识码：A
Application of Serial Communication in the Power System Based on LabVIEW and DSP
LIU Zeng-shui1，LIAO Xiao-song2
(1.Shanghai Technical Institute of Electronics and Information,Shanghai 201210；2.Zhejiang University of Technology,Zhejiang Hangzhou 310018）
Key words: current transformer;labVIEW；TMS320F28335；serial port；data acquisition
随着我国经济持续高速发展，对电能需求日益增大，电力系统中电力参数的监控显得异常重要，光学电流互感器（OCT）由于其绝缘性能好、耗材少、造价低、安全稳定、抗电磁干扰性能好、无污染等优点逐渐取代传统的电流互感器成为测量电流最好的方法。另外，数据采集是测试系统中的一个重要过程，采用数字信号处理器（DSP）作为前端数据采集，通过串口进行与LabVIEW的数据通讯，则比昂贵的数据采集卡显得更为便利 [1]，本文就此设计了一个基于TMS320F28335的数据采集及分析系统系统，用LabVIEW对DSP采集的电流数据进行分析处理，并通过串口实现二者之间的数据交换。
1 光学电流互感器的基本原理
光学电流互感器(OCT)的工作原理是Faraday效应。即当一束线偏振光通过置于磁场中的磁光材料时线偏振光的振动面会线性地随着平行于光线方向的磁场的大小发生旋转[2]，结合安培环路定律，得出电流 和振动面的旋转量 存在线性关系，通过测量线偏振光振动面的旋转角度,就可间接地测量出导体中的电流值。然而，以目前的技术水平，旋转角 难以直接被测得，一般是通过测量和计算含有信息的出射光强信号的大小变化而间接获得。测量原理如图1所示。
2 硬件部分设计
DSP芯片采用TI公司的TMS320F28335，其内部有两个SCI异步串口，该串行通信接口模块（SCI）支持CPU与其他使用标准格式的异步外设之间的数字通信。SCI的串口接收和发送均是双缓冲的，接收和发送都有自己独立的使能和中断标志位。全双工模式下，两者都可以独立或同步运行。为了确保数据的完整性， SCI模块对接收的数据进行间断检测、奇偶性校验、超时和帧出错的检查[3]。
本电路采用RS-232串口接口标准，通过符合RS-232标准的驱动芯片SP3232EEA来实现TTL/RS-232C之间的电平转换电路。对被测电流数据的采集采用了F28335内部集成的12位A/D转换器，其内部自带采样保持电路， 80ns的转换时间，确保了转换的精度。其硬件连接如图2所示。
3 软件部分设计
3.1LabVIEW部分
LabVIEW是实验室虚拟仪器工程平台(Laboratory Virtual Instrument EngineeringWorkbench)的简称，是目前应用最广泛、发展最快、功能最强的图形化软件开发环境[4]。在LabVIEW环境中使用串口与在其它开发环境中开发过程类似，主要包括三个部分。即首先调用VISA Configure Serial Port完成串口参数的设置，包括串口资源分配、波特率、数据位、停止位、校验位和流控等。若初始化没有问题，就可以使用这个串口进行数据收发。发送数据使用VISA Write，接收数据使用VISA Read。
LabVIEW部分程序框图如图3所示，可连续显示12个周波，能够自动记录数据到excel的部分。
图4为Labview的一次测量数据的截图，图中较大的波形为原始AD转换采样数据组成的波形。系统采用每12周波分析一次数据，使用了多种的Labview计算方法对数据进行各种方面的测试。如OCT传感头温度、两路差分信号的平均值、实时有效值，12周波平均有效值，有效值误差的均方差，有效值误差，每周波的采样点数等。
3.2DSP部分
DSP的软件设计是在CCS3.3(Code Composer Studio 3.3)上实现的，CC3.3S是TI开发的一个完整的DSP集成开发环境，也是目前最新版本、使用最为广泛的DSP开发软件之一，它提供了环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等工具，以帮助用户在一个软件环境下完成编辑、编译链接、调试和数据分析等工作[5]。
DSP的时钟频率为30MHZ，本系统波特率设置为最大值115200、8位数据、1位停止位、无奇偶校验；A/D转换器数据采样频率为50KHz。
4 结束语
本系统主要实现了对电力系统中电流参数的数据采集与监测分析。其中，采用了目前最高端的光学电流互感器测量法来检测电流，利用了DSP片内的A/D进行前端数据的采集，通过串口实现与Labview的数据通讯。同时，利用LabVIEW的强大信号分析处理功能，构成了一套操作简便、有效的数据采集与信号分析应用系统。通过实验测出的数据分析，除去OCT测试法本身的因素，实验证明本数据采集及分析系统能良好运行，为电力系统电力参数的监测提供了可靠、简便的方法。
参考文献：
[1]冯娜,尚秋峰.电子式电流互感器数字接口的研究进展[J].电测与仪表,2007(7):44-46.
[2]李庆波，王慧丽，冯瑞颖等.全光纤及其他光学电流传感器技术发展现状[J].传感器技术，2002,21（7）:1-4.
[3]刘和平等．数字信号处理器原理、结构及其应用基础[M].机械工业出版社,2006:185-189.
[4]周求湛，钱志鸿，刘萍萍等．虚拟仪器与LabVIEWTM7 Express程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004(6)：47-105，217-218.
[5]刘和平．TMS320LF240XDSP C语言编程开发应用[M]．北京：北京航空航天出版社，2002.