基于ARM和DSP的電網諧波實時監控系統的研究

閆　磊（淮南市人民政府金融工作辦公室,安徽　淮南　232001）

基于ARM和DSP的電網諧波實時監控系統的研究

閆磊
（淮南市人民政府金融工作辦公室,安徽淮南232001）

摘要：針對電網諧波實時監控系統在諧波分析算法上對處理器處理速度的要求，以及在控制上的實時性要求，在原有使用單核同時進行控制和數據處理的基礎上，提出了模塊化的雙核設計方案，該優化方案使兩個核心芯片各自在不同的電路板上獨立運行，因此借以充分利用DSP的快速處理和ARM的實時性控制的優勢，進而提高算法速度、改善實時性控制。

關鍵詞：諧波檢測； 數字信號處理；嵌入式系統；實時優化

1　引言

近年來，隨著科技的發展，大量精密儀器以及敏感性原件廣泛投入使用，對電能質量的要求也越來越高。同時，大量電力電子變流系統以及非線性設備的廣泛應用也引起越來越嚴重的諧波污染,造成電能質量嚴重下降。因此，將諧波含量控制在允許范圍內勢在必行。早期的諧波檢測大多使用的是數據采集卡，并配合工業計算機進行數據處理和分析，得到的數據主要針對的是電壓、電流和頻率等穩態指標。而忽略了瞬時擾動和暫態諧波等實時信息。本文在目前諧波檢測設備研究的基礎上，探索電網諧波檢測的系統硬件布局和相應軟件設計。

2　嵌入式諧波檢測系統方案設計

本裝置采用TMS320LF2407芯片負責數據采集，采用ARM920T內核的芯片S3C2410A負責控制。

系統有兩個部分：數據采集分析部分和實時控制應用部分，分別采用DSP和ARM這兩種芯片。

2.1DSP數據采集的硬件設計

信號采樣模塊包括兩部分：信號處理電路和ADC電路。前者由交流電壓互感器、交流電流互感器組成，它們的功能體現在根據ADC的要求，產生與之匹配的相應的模擬信號輸入。

DSP的硬件電路中還包括過零檢測部分，其作用是利用比較強，將被檢的正弦波信號變換成與之對應的方波，進而送到DSP的CAP引腳。本文沒有給出相應電路。

2.2基于ARM系統模塊硬件的設計

ARM的主要功能是實現人機對話、數據通信以及利用HPI接口與DSP進行數據交換。ARM板配有2M*16bitFLASH，8M*16bit SDRAM，電源模塊則為所有電路板提供電源，用總線連接各電路模塊。

2.2.1電源系統設計

系統中需要使用+12VDC、+5VDC、+3.3VDC的直流穩壓電源，這三種電源產生的方法是+12VDC從外部直接引入，作為系統總電源，利用穩壓電源芯片LM7805產生+5V直流電壓，供給相應+5V器件；采用ASI117穩壓電源芯片輸出端DC3.3V，還可以采用線性穩壓電源LMl085將DC的5V轉成2.5V。

2.2.2復位模塊硬件設計

ARM的復位信號為RESET，如它有效，RESET掛起程序，ARM進復位狀態。在電源打開且穩定時，RESET必須保持低電平4 個MCLK周期。

2.2.3串口模塊的硬件設計

本設計的電路中提供了三個UART串口(兩線)，也可組成Modem接口。MAX232是RS-232收發器，簡單易用，+只需外接幾個電容即可完成從TTL電平到RS-232電平的轉換。

3　系統軟件設計

系統的軟件設計主要是ARM嵌入式操作系統的移植和應用控制程序設計。

3.1LINUX嵌入式系統平臺的構建

Embedded開發環境通常包括宿主機（PC機）和目標系統。宿主機被用來執行編譯內核系統、開發并調試應用軟件。兩者通過串行通信與Ethernet相連。具體包括：（1）構建交互編譯環境；（2）內核移植和配置；（3）配置根文件系統；（4）設置bootloader。

3.2設計終端驅動

系統硬件需要相應驅動程序。系統操作最終通常都須映射到硬件終端，當然不包含內存、少數其他硬件。終端的驅動操作近乎均通過相關終端代碼完成，終端代碼的集成即為終端驅動程序，程序嵌入在內核中。

4　結論

本課題采用TMS320LF2407芯片負責數據采集，采用ARM920T內核的芯片S3C2410A負責控制，其中，DSP的主要用來實現采樣和處理數據：ARM處理器則采用嵌入式實時操作系統(Linux)，負責實現LCD顯示、以太網通訊和控制等功能。通過機理分析和軟硬件策略實現可以看出，相當于以往的單核系統，本系統的運算速度和測控的實時性均有所提高。

參考文獻：

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基金項目：安徽省自然基金項目（1208085ME69）；淮南市科技計劃項目（2013A18）