基于ARM—DSP的嵌入式配電終端設計方法研究

常玲　杜小甫

摘 要 通過ARM芯片與DSP芯片的組合處理，實現嵌入式配電終端設計。該設計能有效解決傳統配電終端功能單一、響應速度慢以及體積大等問題，便于管理與控制。該終端通信接口豐富，能滿足復雜電力系統的需要。

【關鍵詞】嵌入式配電終端設計 DSP ARM

隨著計算機技術、人工智能技術的不斷發展，配電自動化系統也越加完善。這對降低勞動強度、減少線路損耗、加強供電能力、提升供電可靠性有著重要的作用。嵌入式配電終端主要將電流與三相電壓等作為檢測基本物理量，利用高速高精度數字采樣技術，監視線路的配變變壓器實際運行情況，實現動態以及靜態的無功補償，低壓用戶可抄表，分析防竊電。在將這些功能集成基礎上，通過無線與有線兩種方式完成信息的交換，來彌補配變監測系統通信上的缺陷，加強配變系統自動化控制，確保電網系統能夠正常的運行，使電網質量得以提高。

1 系統整體設計分析

傳統配電終端通常采用單片機設計，其處理能力差、速度慢，對于復雜的分析控制難以實現。ARM-DSP的嵌入式配電終端，能使應用系統對于功耗、體積、成本以及功能等要求得以滿足。在配電自動化系統終端設計中融入嵌入式，能將嵌入式的特點以及技術充分發揮，提升配電終端的穩定性、可靠性、便利性。分析模塊為TMS320F2812（TI公司生產），具有快速運算以及兼顧控制功能，能使控制系統的芯片處理能力與控制精度得到大幅度的提升。這一系統使用AT91RM9200（Atmel公司生產）主處理模塊，具有標準接口、功耗小、體積小等特點，所以能實現該系統的通信功能、控制以及管理。在整個系統中，主處理模塊屬于核心部分，要完成對不同功能模塊的調度與管理。同時負責通信任務，使其能和主控中心上位機保持通信，這一終端會放置于難以組網與環境惡劣的地方，主要為GPRS通信與以太網通信；在同DSP通信時，能通過現場總線或者是標準串行通信完成。數據的處理模塊與采集模塊能對直流模擬量、交流模擬量進行采集，計算出功率、電流以及電壓等，針對所產生的交流信號作進一步頻譜分析，為管理提供參考依據，對于擴展模塊能發出同步信號以及控制指令。擴展模塊通過DSP與相應接口配合可以實現，按照用戶實際需要組合完成同步開關控制、MCR控制、負荷開關控制以及TSC無功補償控制等。

2 主處理器模塊硬件設計

主處理器模塊的核心主要為AT91RM9200，使用2片SDRAM進行外擴，拓展程序運行空間，由于嵌入Linux系統需要，將1片4MNOR Flash擴展應用于啟動代碼存放、用戶程序以及Linux內核等。ARM是通信主要模塊，需持續接收DSP所傳輸的功率因素、電流以及電壓等，并且定時將其傳送到主控中心，所以要想將這些數據存儲需較大容量存儲器，系統將NAND Flash拓展為64M便于數據的存儲。為了使用起來方便，NAND Flash以及NOR Flash需要完成文件系統支持。為完成通訊各種方式設計，在處理器主模塊設計方面融入了不同通訊接口，主要包含以太網、I2C、SPI、RS485以及RS232等。AT91RM9200具有I2C控制器與SPI控制器，通過AT91RM9200中USART使得RS485與RS232經電平實現轉換，以太網接口主要是通過AT91RM9200中外部物理層芯片以及MAC控制器實現。

3 數據采集與處理器模塊硬件設計分析

數據采集主要是對三相電壓與電流進行采集，信號共有6路。為了使采集的速度與精度得到保障，在設計方面，應用AD7656六通道，16bit逐次逼近型的A/D轉換器，由于同DSP連接有著較多的外圍器件，因此在這一設計中采用CPLD（1片，EPM240T型號），并與A/D轉換器、DSP連接。CPLD主要是利用DSP地址線譯碼以及數據線控制對A/D轉換器實現邏輯控制。AD7656 6路模擬輸入主要分為CONVSTC、CONVSTB、CON-VSTA三組，輸入端均配有跟蹤保持放大器，保證通道能夠實現功能轉換與采樣，需同時采集三相電流與電壓，因此連接CONVSTC、CONVSTB以及CON-VSTA且均受CPLD所控制。A/D轉換器的轉換忙輸出信號與片選信號都與CPLD連接。A/D轉換器中的十六根數據線，主要是利用DSP數據線連接緩沖芯片完成數據傳輸。

4 DSP與ARM通信接口設計研究

處理模塊與信息采集在通過計算分析以后得出結果，但需要將其傳輸到主處理器模塊以后才能完成上傳、顯示以及存儲。所以，要構建DSP與ARM之間可靠、高速的連接。在設計過程中，可以利用SPI總線來實現，SPI屬于一種高速、串行、同步的接口，通信數據長度以及通信速率都可以進行編程。在這一連接中，SPI從設備與主設備分別為TM320F2812與AT91RM9200。NPCS0為AT91RM9200所發送的片選信號，并且給TM320F2812提供SPCK串行時鐘。這2個控制器傳輸SPI數據均有四種相位與極性。

5 結論

ARM-DSP的嵌入式配電終端能實現電能的高速采集與計算，通過綜合分析各種數據，能對配電的實際運行情況進行詳細了解，為供電方案優化、負荷預測以及線損分析等提供參考依據。這一設備可在變壓器輔助設備控制與檢測配電變壓器運行狀況中廣泛應用，發展前景較好。

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作者單位

沈陽城市建設學院 遼寧省沈陽市 100167endprint