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電能質量分析


基于ARM+DSP的電能質量分析方案設計

 

        隨著國家工業規模的擴大和科學技術的發展,電網負荷結構面臨諸多電能質量問題。一方面,非線性、沖擊性和不平衡負荷的大量增長使得電能質量惡化;另一方面,隨著信息技術的發展。越來越多的敏感負載對電能質量的要求也越來越高。這就要求電能質量檢測分析設備具有實時檢測、快速分析、實時顯示的能力。

采用高性能數字信號處理器(DSP)和嵌入式計算機系統(ARM)雙處理器架構設計電能質量分析儀能滿足上述要求。DSP 系統實現電壓、電流信號的實時采集處理,通過傅里葉變換和小波算法得到電能質量參數;ARM 嵌入式平臺運行Linux操作系統(合理配套組態軟件)完成人機交互、數據存儲、實時顯示等功能。

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        硬件系統包括信號調理、數據采集與處理、ARM 嵌入式平臺、協控制器和電源系統5 個模塊,系統框架如下圖所示。電網電壓電流信號經調理電路預處理;采用高速 ADC數字化后由 DSP 處理器系統實現緩存及快速、準確的分析計算;采集到的波形數據和分析計算結果通過 FIFO 傳遞到 ARM 嵌入式平臺;采用 LCD 實現波形和分析結果顯示;

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        采用 SD 卡或 USB 存儲設備來存儲大量的數據以便回放或進一步深入分析;利用鍵盤或觸摸屏實現人機交互功能;設置 RS-232、USB和網絡接口,便于實現電能質量分析裝置統化和網絡化擴展。系統中采用 FPGA芯片設計協控制器。它的作用主要是產生A/D轉換器所需要的采樣時鐘、完成采樣通道的時序控制、綜合 FIFO 讀時鐘邏輯、控制邏輯等。

 

推薦方案

設計采用基于TI OMAP-L138的工業級核心板SC-L138-SOM,集成ARM9與DSP雙核心,核心板支持眾多外設接口:

LCD 接口用于 TFT 液晶屏的驅動

USB 接口適用于多種即插即用設備

SD 卡接口可插入大容量SD 卡用于數據存儲

觸摸屏接口可實現觸摸屏控制

網絡接口實現數據與后臺服務器上傳

串口可以擴展RS-485、GPS等功能

擴展總線與uPP高速并行接口可擴展FPGA

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        因處理器內部集成了ARM與 DSP,兩者之間通過DSP Link進行通信和數據傳輸,極大簡化了單DSP搭配單ARM在數據通信、數據同步方面的問題。ARM發送命令,DSP 進行相應的數學運算及傳輸數據,DSP本身亦可自主控制各外設功能。

ARM 嵌入式平臺移植了Linux操作系統。在實時數據管理、圖形界面、開發環境等方面極易上手。