閆　磊（淮南市人民政府金融工作辦公室,安徽　淮南　232001）

基于ARM和DSP的電網(wǎng)諧波實時監(jiān)控系統(tǒng)的研究

閆磊
（淮南市人民政府金融工作辦公室,安徽淮南232001）

摘要：針對電網(wǎng)諧波實時監(jiān)控系統(tǒng)在諧波分析算法上對處理器處理速度的要求，以及在控制上的實時性要求，在原有使用單核同時進行控制和數(shù)據(jù)處理的基礎上，提出了模塊化的雙核設計方案，該優(yōu)化方案使兩個核心芯片各自在不同的電路板上獨立運行，因此借以充分利用DSP的快速處理和ARM的實時性控制的優(yōu)勢，進而提高算法速度、改善實時性控制。

關鍵詞：諧波檢測； 數(shù)字信號處理；嵌入式系統(tǒng)；實時優(yōu)化

1　引言

近年來，隨著科技的發(fā)展，大量精密儀器以及敏感性原件廣泛投入使用，對電能質(zhì)量的要求也越來越高。同時，大量電力電子變流系統(tǒng)以及非線性設備的廣泛應用也引起越來越嚴重的諧波污染,造成電能質(zhì)量嚴重下降。因此，將諧波含量控制在允許范圍內(nèi)勢在必行。早期的諧波檢測大多使用的是數(shù)據(jù)采集卡，并配合工業(yè)計算機進行數(shù)據(jù)處理和分析，得到的數(shù)據(jù)主要針對的是電壓、電流和頻率等穩(wěn)態(tài)指標。而忽略了瞬時擾動和暫態(tài)諧波等實時信息。本文在目前諧波檢測設備研究的基礎上，探索電網(wǎng)諧波檢測的系統(tǒng)硬件布局和相應軟件設計。

2　嵌入式諧波檢測系統(tǒng)方案設計

本裝置采用TMS320LF2407芯片負責數(shù)據(jù)采集，采用ARM920T內(nèi)核的芯片S3C2410A負責控制。

系統(tǒng)有兩個部分：數(shù)據(jù)采集分析部分和實時控制應用部分，分別采用DSP和ARM這兩種芯片。

2.1DSP數(shù)據(jù)采集的硬件設計

信號采樣模塊包括兩部分：信號處理電路和ADC電路。前者由交流電壓互感器、交流電流互感器組成，它們的功能體現(xiàn)在根據(jù)ADC的要求，產(chǎn)生與之匹配的相應的模擬信號輸入。

DSP的硬件電路中還包括過零檢測部分，其作用是利用比較強，將被檢的正弦波信號變換成與之對應的方波，進而送到DSP的CAP引腳。本文沒有給出相應電路。

2.2基于ARM系統(tǒng)模塊硬件的設計

ARM的主要功能是實現(xiàn)人機對話、數(shù)據(jù)通信以及利用HPI接口與DSP進行數(shù)據(jù)交換。ARM板配有2M*16bitFLASH，8M*16bit SDRAM，電源模塊則為所有電路板提供電源，用總線連接各電路模塊。

2.2.1電源系統(tǒng)設計

系統(tǒng)中需要使用+12VDC、+5VDC、+3.3VDC的直流穩(wěn)壓電源，這三種電源產(chǎn)生的方法是+12VDC從外部直接引入，作為系統(tǒng)總電源，利用穩(wěn)壓電源芯片LM7805產(chǎn)生+5V直流電壓，供給相應+5V器件；采用ASI117穩(wěn)壓電源芯片輸出端DC3.3V，還可以采用線性穩(wěn)壓電源LMl085將DC的5V轉成2.5V。

2.2.2復位模塊硬件設計

ARM的復位信號為RESET，如它有效，RESET掛起程序，ARM進復位狀態(tài)。在電源打開且穩(wěn)定時，RESET必須保持低電平4 個MCLK周期。

2.2.3串口模塊的硬件設計

本設計的電路中提供了三個UART串口(兩線)，也可組成Modem接口。MAX232是RS-232收發(fā)器，簡單易用，+只需外接幾個電容即可完成從TTL電平到RS-232電平的轉換。

3　系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)的軟件設計主要是ARM嵌入式操作系統(tǒng)的移植和應用控制程序設計。

3.1LINUX嵌入式系統(tǒng)平臺的構建

Embedded開發(fā)環(huán)境通常包括宿主機（PC機）和目標系統(tǒng)。宿主機被用來執(zhí)行編譯內(nèi)核系統(tǒng)、開發(fā)并調(diào)試應用軟件。兩者通過串行通信與Ethernet相連。具體包括：（1）構建交互編譯環(huán)境；（2）內(nèi)核移植和配置；（3）配置根文件系統(tǒng)；（4）設置bootloader。

3.2設計終端驅動

系統(tǒng)硬件需要相應驅動程序。系統(tǒng)操作最終通常都須映射到硬件終端，當然不包含內(nèi)存、少數(shù)其他硬件。終端的驅動操作近乎均通過相關終端代碼完成，終端代碼的集成即為終端驅動程序，程序嵌入在內(nèi)核中。

4　結論

本課題采用TMS320LF2407芯片負責數(shù)據(jù)采集，采用ARM920T內(nèi)核的芯片S3C2410A負責控制，其中，DSP的主要用來實現(xiàn)采樣和處理數(shù)據(jù)：ARM處理器則采用嵌入式實時操作系統(tǒng)(Linux)，負責實現(xiàn)LCD顯示、以太網(wǎng)通訊和控制等功能。通過機理分析和軟硬件策略實現(xiàn)可以看出，相當于以往的單核系統(tǒng)，本系統(tǒng)的運算速度和測控的實時性均有所提高。

參考文獻：

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基金項目：安徽省自然基金項目（1208085ME69）；淮南市科技計劃項目（2013A18）