基于高端Cortex-A9處理器的電能質(zhì)量分析與錄波方案設(shè)計(jì)

隨著國(guó)家工業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)負(fù)荷結(jié)構(gòu)面臨諸多電能質(zhì)量問(wèn)題。一方面，非線性、沖擊性和不平衡負(fù)荷的大量增長(zhǎng)使得電能質(zhì)量惡化；另一方面，隨著信息技術(shù)的發(fā)展。越來(lái)越多的敏感負(fù)載對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。這就要求電能質(zhì)量檢測(cè)分析設(shè)備具有實(shí)時(shí)檢測(cè)、快速分析、實(shí)時(shí)顯示的能力。

采用嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(ARM)和高性能數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)電能質(zhì)量分析儀能滿足上述要求。DSP 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電壓、電流信號(hào)的實(shí)時(shí)采集處理，通過(guò)傅里葉變換和小波算法得到電能質(zhì)量參數(shù)；ARM 嵌入式平臺(tái)運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)完成人機(jī)交互、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、異常錄波、實(shí)時(shí)顯示等功能。

硬件系統(tǒng)包括信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集與處理、ARM 嵌入式平臺(tái)、協(xié)控制器和電源系統(tǒng)5 個(gè)模塊，系統(tǒng)框架如下圖所示。電網(wǎng)電壓電流信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路預(yù)處理；采用高速 ADC數(shù)字化后由 DSP 處理器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)緩存及快速、準(zhǔn)確的分析計(jì)算；采集到的波形數(shù)據(jù)和分析計(jì)算結(jié)果通過(guò) FIFO 傳遞到 ARM 嵌入式平臺(tái)；采用 LCD 實(shí)現(xiàn)波形和分析結(jié)果顯示；

采用 SATA硬盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備來(lái)存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)以便回放或進(jìn)一步深入分析；利用鍵盤(pán)或觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能；設(shè)置 RS-232、USB和網(wǎng)絡(luò)接口，便于實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量分析裝置統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化擴(kuò)展。

系統(tǒng)中采用 FPGA芯片設(shè)計(jì)協(xié)控制器。它的作用主要是產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換器所需要的采樣時(shí)鐘、完成采樣通道的時(shí)序控制、綜合 FIFO 讀時(shí)鐘邏輯、控制邏輯等。

推薦方案

設(shè)計(jì)采用基于NXP i.MX6Q的核心模塊，集成四核1.0GHz Cortex-A9處理器、2GB內(nèi)存、8GB存儲(chǔ)，模塊支持眾多外設(shè)接口：LCD 接口用于 TFT 液晶屏的驅(qū)動(dòng)，USB 接口適用于多種即插即用設(shè)備，SATA接口可以支持硬盤(pán)用于海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（實(shí)現(xiàn)錄波），觸摸屏接口可實(shí)現(xiàn)觸摸屏控制，網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與后臺(tái)服務(wù)器上傳，串口可以擴(kuò)展RS-485、GPS等功能，擴(kuò)展總線接口與PCIe接口可擴(kuò)展FPGA。

ARM 嵌入式平臺(tái)移植了Linux操作系統(tǒng)。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理、圖形界面、開(kāi)發(fā)環(huán)境等方面極易上手。