潜艇用智能化电工仪表的实现

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板、电源部分组成、信号输入接口，其原理框图如冈 所示。

随着潜艇装备的电气化、自动化程度的不断提高和潜艇总体设计指标的需要，电力系统在潜艇上的牵涉面变得更广，重要性更加突出。电力系统稳定可靠的运行离不开电力监控，而电力监控需要使用大量的电工仪表对电力系统的发电、供电、用电等环节进行实时监测。

通常潜艇上使用的电工仪表均为模拟式单参数显示仪表 ，-般与供配电设备的控制屏、控制柜集成布置。而在需要较多电力参数集中监测的诚，较多单参数模拟仪表的集中布置占用了潜艇上的有限空间；且随着潜艇信息化程度的不断提高，电工仪表具备通讯接口等智能接 口，将电力参数等监测信息实时传送给上-级信息平台进行统-分析决策[l ]，成为电工仪表必不可少的基本功能。因此多参数集成显示、具高速通讯接 口的智能化电工仪表代表着艇用电工仪表的设计发展趋势。本文提出了-种智能化电工仪表的设计方法，并在实际中得到了应用。

2 智能化电工仪表的设计针对潜艇用电电制，将智能化电工仪表设计划为分为交流智能化电工仪表和直流智能化电工仪表，两者在设计上高度统-，除前端输入处理单元有差异外，其余部分均为通用型组件。

2.1 硬件设计智能化电工仪表的硬件由 CPU板、数据采集板、显示面图 1 智能化电工仪表硬件原理框图2.1.1 CPU 板智能化电工仪表的 CPU板是以 公司的 DSP芯片TMS32OLF24O7A为核心[ 在此基础上扩展出外部存储器、CAN通讯口、串行通讯口、复位电路、输入输出电路 、仿真接口等外同电路。

CPU板的功能有1)对采集的数据进行处理2)负责显示数据的输出3)通过 CAN接口输出数据4)接收 CAN接口的输人数据并进行处理2.1.2 数据采集板数据采集板实现的功能是测量三相交流电的电工参数 ，包括电压、电流、功率等和测量直流电压。

对数据采集板的设计思想是将测量 相交流电工参数和测量直流电压的功能分成两块板来实现。每块板都有与 收稿日期：2012年 1O月 23日，修回日期：2012年 11月 26日作者简介：汪宏伟，男，硕士研究生，高级工程师，研究方向：核动力运行与控制。

2013年第 4期 舰 船 电 子 工 程 163CPU板相同的硬件接 口，从而通过与 CPu板的组合构成交流智能电工仪表和直流智能电工仪表7 ]。

1)交流数据采集板设计三路电压、三路电流共六路输入测量通道。通过前置隔离、滤波、放大电路将被测交流信号转换成进行 A/D变换所允许的信号范围并进行 A/D变换。

2)直流数据采集板设计共四路直流电压测量通道。通过前置隔离放大、滤波电路将被测直流信号转换成进行 A/D变换所允许的信号范围并进行 A/D变换。

2.1.3 显 示面板智能化电工仪表的显示面板是通过串行接 口从 CPU板接收显示数据，并将其显示到面板上。

对交流电工仪表 ，显示面板上使用三组 4位数码管和光柱表，显示三相电压、三相电流、有功功率以及频率。

直流电工仪表采用四组 4位数码管和光柱表 ，显示 4个值，不安排按键和发光二极管。

2.1.4 电源部分智能化电工仪表电源由航空接头接入直流 24V电压 ，需提供 3.3V、5V、±15V二级输出。使用 DC-DC变换模块来实现。

2.1.5 信号输入接 口被测信号、CAN总线信号通过航空接头输入。同时信号输入接 口提供智能化电工仪表的工作模式的设置和初始化的配置信息，如交流或直流工作模式、CAN标识符的设置等。

图 2 智能化电工仪表软件结构流程框图2.2 软件设计智能化电工仪表的软件分初始化软件拈、A/D采样软件拈、计算软件拈、通信软件拈、显示软件拈。智能化电工仪表的软件结构流程框图如图 2所示。

2.2.1 初始化软件拈初始化软件拈是智能化电工仪表上电时所执行的-段程序 ，分系统初始化软件和应用软件初始化两部分。

系统初始化软件所做的工作就是配置 CPU和外围硬件，使整个智能化电工仪表能够正常工作，配置内容如下：1)配置 CPU；2)设置存储空间；3)中断配置；4)A/D器件初始化；5)串口初始化 ；6)CAN接口初始化。

诞据采样周期设置定时器l重开定时器，启动采样等待转换完成I采样结果处理图 3 A/D采样软件流程图应用软件初 始化 是对应用软件运行环境进行初始化，配置应用软件运行所需要的参数。

2.2.2 A/D采样软件拈A/D采样软件是通过控制 A/D器件从而实现将模拟量转换成数字量并读人软件程序中来 的软件功能拈。

智能化 电工仪表的 A/D采样 软件使用等待模式设计，软件流程设计如图 3所不 。

2.2.3 计算软件拈计算软件是智能化电工仪表软件的中心部分。计算软件根据智能化电工仪表的功能分为交流电工参数计算软件部分和直流电工参数计算软件部分。

1)交流电工参数计算软件对交流电工参数的计算包括交流电压、交流电流、有功功率和频率。因输入被测信号是正弦波形 ，必须对-个或多个周期内的正弦波进行多点采样，然后通过-定的算法计算出相应的交流电工参数流电lT参数计算软件使用FFT算法对交流电压、电流和相位进行计算 。频率计算采取过零点的计算方法。 。

2)直流电工参数计算软件直流电工参数的计算包括直流电压和直流电流。被测量和测量值之间存在线性关系，通过-定的线性运算即可计算出被测直流电压和直流电流。

2.2.4 通信软件拈通信软件是基于 CAN网络的，其功能是从 CAN网络上获取数据来进行显示或将采样到的数据通过 CAN网络发送到其他设备。

2.2.5 显示软件模 块显示软件的功能是将采集到的数据进行显示或显示从CAN网络接收到的数据。设计思想是将准备显示的数据转换成 自定义的标准格式，然后通过串口协议发送到显示面板上。在显示面板上的显示接收程序接收到数据后 ，按预定义的标准格式进行显示。

3 结语设计的智能化电工仪表，克服了现有潜艇电力参数测量仪表功能单-、测量显示效率低和非智能化等应用上的不足，非常适合电力系统集中监控应用诚，可实现多电力参数集中显示 ，具备 CAN总线通讯接 口，为上层信息平台提供实时电力参数信息。