摘 要：本文主要阐述了应用高性能DSP处理器TMS320F2812来开发接地检测模块，介绍了接地检测模块的系统组成和单元的软硬件实现。
关键词：数字信号处理器；接地检测；分布式
中图分类号：TP274.2
在机车运行过程中，当主电路（直流）、辅助电路（交流）发生瞬时接地故障时，接地保护继电器动作，使主（或辅）电路跳闸。由于接地故障点多面广，在机车运行过程和进段入库后，司机和检修人员很难找到故障点的位置来及时排除故障，从而影响机车的正常运行。本文研制的模块，利用高速数字信号处理器及时并准确处理数据，找到交（直）流接地点，从而有效地实现接地检测。
1 系统的总体设计
由于需要检测的信号线较多，而且在车内很难找到合适的集中安装位置，因此采用分布式结构来实现接地检测功能。
接地检测模块可以完成对机车1、2架交、直流电路的漏电流检测功能。用户可根据实际需要，选择安装直流漏电流传感器完成直流电路漏电检测功能；或选择安装交流漏电流传感器完成交流电路漏电检测功能；也可两者全装，完成交直流电路漏电检测功能。
系统总体框图见图1所示。
接地检测单元处理器采用TI公司的TMS320F2812。接地检测单元的电路原理和功能见图2所示。
2 F2812性能特点
TMS320F2812数字信号处理器是TI公司推出的32位定点DSP控制器，频率高达150MHz，可极大提高控制系统的控制精度和芯片处理能力。
该芯片集成了128kB的闪存，用户可以用来进行开发及对现场软件进行升级时的简单再编程。优化过的事件管理器包括脉冲宽度调制（PWM）产生器、可编程通用计时器、捕捉译码接口等；芯片自带的12位模数转换器，可实现每秒16.7MB的采样；和C2000器件代码向下兼容，系统指令和"F240x兼容，利于产品的升级换代；芯片提供了高速外设接口，最多可扩展1.5M×16bit存储器，为系统提供更多的可用空间；芯片支持1个不可屏蔽中断和16个可屏蔽中断外部可屏蔽保护中断，并通过一个中断扩展控制器来仲裁这些中断。
3 接地检测单元的软硬件实现
接地检测单元可以对22路模拟信号进行处理。处理完的数据可以通过485总线或CAN总线发送给车上其它设备进行显示。
为提高AD输入的精度，利用ADS7805芯片进行模数转换。ADS7805的是一款量化精度达到16位的A/D转换芯片。芯片内部包括16位精度的基于电容网络的逐次逼近型模数转换电路、采样保持电路、时钟电路、与微处理器的接口电路等部分。ADS7805的最高采样速率为100kHz，模拟信号输入范围为-10V～+10V。芯片只需要5V单电源供电，最大耗散功率为100mW。
ADS7805为5V单电源供电。当输出的数据位为‘1’时，芯片的输出电平值为5V。由于DSP芯片的I/O电压采用的是3.3V逻辑电平，因此，设计时还需在ADS7805的数据输出端加上电平转换芯片。接地检测单元选用了74ABT16245芯片，可以很好地实现电平兼容。
模拟信号的输入经过预处理后，通过ADS7805进行A/D变换，并由DSP实现对数字信号的滤波处理。同时利用DSP的GPIO口和ADG506芯片设计16通道复选器，来控制多路ADC的启动和停止，达到动态地选择采样通道的目的。
DSP作为主CPU，利用GPIO口，产生ADS7805的采样触发信号、22路模拟信号的选通信号以及74ABT16245等芯片的片选信号。程序设计时，考虑到在进行A/D转换时，不使能74ABT 16245芯片。A/D转换完成后，再使能该芯片，避免造成多路数据引起的数据总线冲突。
设计者先利用MATLAB的FDATOOL工具设计好数字滤波器，并将滤波器系数以文件形式导出。DSP程序设计时，在CCS中单独定义一个数组存放滤波器系数，并将MATLAB导出的滤波器系数导入该数组。
DSP程序运行时，首先对DSP芯片进行初始化，主要包括PLL寄存器初始化、系统中断向量表初始化、外设初始化、GPIO口的初始化和定时器的初始化等。传感器的数据读取和数字滤波工作是在定时器中断程序中进行的。利用定时器模块产生采样波形，即每收到一个定时器中断，就选通某路信号，同时对该路信号进行一次采样并完成对该信号的实时处理运算。当有该中断请求时，DSP就进入中断服务程序，进行读取和滤波工作。ADC芯片的地址分配到ZONE2存储空间0x080020～0x080820连续的地址。最后处理好的数据可以调用通信子程序发送给相应设备。
4 结束语
本文介绍了应用DSP处理器TMS320F2812来实现对机车接地故障的检测。样机装车验证表明，该模块基本能达到预期目的。
参考文献：
[1]苏奎峰，吕强.TMS320F2812原理与开发[M].北京：电子工业出版社，2006.
作者简介：李峰，男，陕西神木人，毕业于内蒙古工业大学，助理工程师，现任机务段常务段长，主要从事电力机车运用检修工作。
作者单位：中国神华能源股份有限公司包神铁路公司 机务段，内蒙古鄂尔多斯 017000
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