嵌入式系統(tǒng)在消弧線圈接地系統(tǒng)中的應用研究

本文共計63頁，28736字
本文為碩士畢業(yè)論文

摘 要

目前，我國配電網(wǎng)中性點接地方式越來越多的采用經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)接地，消弧線圈接地系統(tǒng)的選線控制器采用工業(yè)控制計算機，由于散熱的需要安裝了散熱風扇，這就導致機箱內(nèi)積灰嚴重，風扇長期運行故障多，使得整個系統(tǒng)不能完全實現(xiàn)免維護功能，不能滿足電力系統(tǒng)無人值守的需求。另外對于電纜出線比較多的變電站，由于控制器的處理速度還不夠快，做FFT運算十分耗時，這樣就不能保證系統(tǒng)的實時處理。
嵌入式技術的飛速發(fā)展為改變這種狀況提供了契機，ARM9等32位嵌入式處理器在性能上已經(jīng)可以與工業(yè)控制計算機相媲美。在網(wǎng)絡和后PC時代，在工業(yè)控制、圖像處理等領域采用低功耗、高性能的嵌入式處理系統(tǒng)將是一個發(fā)展的趨勢。
論文以高性能的32位嵌入式芯片AT91RM9200為平臺取代工業(yè)控制計算機，以消弧線圈接地控制系統(tǒng)為應用對象，實現(xiàn)32路模擬量信號的同步采樣、以太網(wǎng)通信、大容量存儲、嵌入式圖形界面等功能，完成了消弧線圈接地控制系統(tǒng)的軟件設計和硬件設計。
論文首先根據(jù)工業(yè)控制計算機在消弧線圈接地控制應用中出現(xiàn)的問題，在對嵌入式系統(tǒng)進行了大量學習研究的基礎上，利用AT91RM9200處理器來代替工業(yè)控制計算機，根據(jù)功能的不同將處理平臺劃分為處理器、存儲器系統(tǒng)、故障錄波、通信接口、A/D采樣模塊、人機接口、復位電路以及供電等模塊，并完成了各個模塊的分析和設計。
應用軟件的開發(fā)不僅需要穩(wěn)定的硬件平臺，還需要良好性能的操作系統(tǒng)的支持，VxWorks是一種既支持AT91RM9200處理器又具有良好實時性的操作系統(tǒng)。論文就VxWorks在AT91RM9200上的移植做了詳細的介紹，具體內(nèi)容包括：Bootloader程序在目標系統(tǒng)上的移植，VxWorks BSP 在消弧線圈接地控制系統(tǒng)中的配置，以及CAN接口、觸摸屏、A/D采樣等外設驅(qū)動程序的編寫。
消弧線圈接地控制系統(tǒng)需要圖形界面的支持，在比較了常見的圖形界面后，選擇μC/GUI并對其結(jié)構進行分析，實現(xiàn)了在目標系統(tǒng)上的移植。結(jié)合消弧線圈接地控制系統(tǒng)的需要，完成圖形界面的設計和開發(fā)。

關鍵詞：消弧線圈接地系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)，VxWorks，AT91RM9200


ABSTRACT

At present, the method of neutral point grounding in the distribution networks through arc suppression coil is commonly used in our country; the controllers of the arc suppression coil are often industry control computers. For the need of dispelling heat, fan is fixed and it lead that the piling of ash is serious in the box. There are a lot of faults when the fan runs long. It makes the whole control system cannot dismiss maintenance completely and can’t satisfy the demand of electric power system. Otherwise, in the condition of the transformer substation with many cables, for the controller’s speed of processing data is not enough, it will consume lots of times when using arithmetic of FFT and can’t ensure processing data real time.
目 錄

中文摘要 I
英文摘要 II
1 概 論 1
1.1 引言 1
1.2 嵌入式系統(tǒng)的概述 2
1.2.1嵌入式系統(tǒng)的定義 2
1.2.2嵌入式處理器的簡介 3
1.2.3 實時操作系統(tǒng)(RTOS)簡介 5
1.2.4 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 7
1.2.5 嵌入式系統(tǒng)的特點 7
1.2.4 嵌入式系統(tǒng)的應用領域 8
1.3 在消弧線圈接地系統(tǒng)中使用RTOS的必要性 8
1.3.1目前開發(fā)模式上的弊端 8
1.3.2 在應用中使用RTOS的優(yōu)點 9
1.4 論文研究的主要內(nèi)容 9
2 新型消弧線圈控制系統(tǒng)總體方案設計 11
2.1 新型消弧線圈接地系統(tǒng)的電網(wǎng)電流測量方法和故障選線方法 11
2.1.1 配電網(wǎng)正常運行時對地電容的檢測方法 11
2.1.2 基于零序電流動態(tài)變化量的接地選線保護算法 11
2.2 新型消弧線圈接地系統(tǒng)的設計要求 12
2.3 新型消弧線圈接地系統(tǒng)硬件平臺的選擇 12
2.4 新型消弧線圈接地系統(tǒng)RTOS的選擇 13
2.5 以AT91RM9200為核心的控制系統(tǒng)的構成 14
2.6 小結(jié) 15
3 消弧線圈接地系統(tǒng)的硬件設計 16
3.1消弧線圈接地系統(tǒng)硬件構成 16
3.2 模擬量測量回路 16
3.2.1 限幅、濾波電路 17
3.2.2 頻率檢測電路 17
3.2.3 A/D采樣 18
3.3 存儲器系統(tǒng) 19
3.3.1 AT91RM9200存儲系統(tǒng) 19
3.3.2 系統(tǒng)內(nèi)存 20
3.3.3 系統(tǒng)FLASH存儲器 20
3.4 故障錄波模塊 21
3.5 以太網(wǎng)接口電路 22
3.6 CAN接口 23
3.7 液晶顯示模塊 24
3.8 觸摸屏接口 26
3.8.1 四線電阻式觸摸屏的原理 26
3.8.2 觸摸屏的控制實現(xiàn) 26
3.9系統(tǒng)的調(diào)試接口 27
3.9.1 JTAG接口 27
3.9.2 DEBUG接口 27
3.10 硬件抗干擾設計 28
3.11小結(jié) 29
4 VXWORKS及其在消弧線圈接地系統(tǒng)中的應用 30
4.1 板級支持包的結(jié)構 30
4.2 VXWORKS映像的分類 30
4.3 VXWORKS 在消弧線圈接地系統(tǒng)中的開發(fā)流程 31
4.4 VXWORKS 消弧線圈接地系統(tǒng)的實現(xiàn) 32
4.4.1 U-Boot 在接地系統(tǒng)上的移植 32
4.4.2 VxWorks BSP 的配置 34
4.4.3 VxWorks下載和運行 35
4.4.4 控制交叉編譯環(huán)境的建立 35
4.5 系統(tǒng)硬件驅(qū)動程序的實現(xiàn) 37
4.6 消弧線圈接地系統(tǒng)中斷響應時間的測試 41
4.7 小節(jié) 43
5 系統(tǒng)軟件的設計和圖形界面實現(xiàn) 44
5.1 控制系統(tǒng)軟件總體設計原則 44
5.2 控制系統(tǒng)程序的軟件設計 44
5.21系統(tǒng)任務的劃分 44
5.2.2 控制系統(tǒng)程序的執(zhí)行流程 45
5.3 各個功能模塊的程序框圖 45
5.3.1 AD采樣計算任務 45
5.3.2 故障錄波任務 46
5.4 圖形界面在消弧線圈接地系統(tǒng)的實現(xiàn) 47
5.4.1 圖形界面的概述 47
5.4.2 μC/GUI的簡介 47
5.4.3 μC/GUI具有的特點 48
5.4.4 μC/GUI 的應用步驟 48
5.4.5 μC/GUI在消弧線圈接地系統(tǒng)中的移植 49
5.5 實驗驗證 50
5.5.1 故障錄波模塊的功能驗證 50
5.5.2 圖形界面的實現(xiàn) 51
5.6小結(jié) 51
6 結(jié) 論 52
致 謝 53
參考文獻 54
附 錄 56


部分參 考 文 獻

[1] 要煥年，曹梅月. 電力系統(tǒng)諧振接地. 中國電力出版社，2002
[2] 劉和平. 新型快速可調(diào)消弧線圈接地系統(tǒng)研究. 重慶大學博士論文,2004
[3] 徐鳴，沈希等. 嵌入式計算機系統(tǒng)技術. 工業(yè)儀表與自動化裝置,2005.2
[4] 李佑軍. 嵌入式系統(tǒng)綜述.現(xiàn)代電子技術,2003.6
[5] 馬忠梅等. ARM&Linux 嵌入式系統(tǒng)教程. 北京航空航天大學出版社,2004
[6] 馬忠梅等. ARM嵌入式系統(tǒng)結(jié)構與應用基礎. 北京航空航天大學出版社,2002