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电能质量分析


基于ARM+DSP的电能质量分析方案设计

 

        随着国家工业规模的扩大和科学技术的发展,电网负荷结构面临诸多电能质量问题。一方面,非线性、冲击性和不平衡负荷的大量增长使得电能质量恶化;另一方面,随着信息技术的发展。越来越多的敏感负载对电能质量的要求也越来越高。这就要求电能质量检测分析设备具有实时检测、快速分析、实时显示的能力。

采用高性能数字信号处理器(DSP)和嵌入式计算机系统(ARM)双处理器架构设计电能质量分析仪能满足上述要求。DSP 系统实现电压、电流信号的实时采集处理,通过傅里叶变换和小波算法得到电能质量参数;ARM 嵌入式平台运行Linux操作系统(合理配套组态软件)完成人机交互、数据存储、实时显示等功能。

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        硬件系统包括信号调理、数据采集与处理、ARM 嵌入式平台、协控制器和电源系统5 个模块,系统框架如下图所示。电网电压电流信号经调理电路预处理;采用高速 ADC数字化后由 DSP 处理器系统实现缓存及快速、准确的分析计算;采集到的波形数据和分析计算结果通过 FIFO 传递到 ARM 嵌入式平台;采用 LCD 实现波形和分析结果显示;

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        采用 SD 卡或 USB 存储设备来存储大量的数据以便回放或进一步深入分析;利用键盘或触摸屏实现人机交互功能;设置 RS-232、USB和网络接口,便于实现电能质量分析装置统化和网络化扩展。系统中采用 FPGA芯片设计协控制器。它的作用主要是产生A/D转换器所需要的采样时钟、完成采样通道的时序控制、综合 FIFO 读时钟逻辑、控制逻辑等。

 

推荐方案

设计采用基于TI OMAP-L138的工业级核心板SC-L138-SOM,集成ARM9与DSP双核心,核心板支持众多外设接口:

LCD 接口用于 TFT 液晶屏的驱动

USB 接口适用于多种即插即用设备

SD 卡接口可插入大容量SD 卡用于数据存储

触摸屏接口可实现触摸屏控制

网络接口实现数据与后台服务器上传

串口可以扩展RS-485、GPS等功能

扩展总线与uPP高速并行接口可扩展FPGA

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        因处理器内部集成了ARM与 DSP,两者之间通过DSP Link进行通信和数据传输,极大简化了单DSP搭配单ARM在数据通信、数据同步方面的问题。ARM发送命令,DSP 进行相应的数学运算及传输数据,DSP本身亦可自主控制各外设功能。

ARM 嵌入式平台移植了Linux操作系统。在实时数据管理、图形界面、开发环境等方面极易上手。


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