基于嵌入式的电能质量远程监控系统的研究与设计

摘要

在现代社会中，人们的生活和生产几乎都离不开电。随着国民经济水平的不断提高，工业控制领域越来越多的使用电力电子产品，使得广大用户对电能质量的要求越来越高。但是目前大量的开始使用非线性负荷，使得电能质量的污染越来越严重。因而本文提出了基于嵌入式的电能质量远程监控系统的研究与设计。
　　 本文主要设计了由ARM和DSP构成的双CPU系统来完成对电能质量的远程监控。主要包括了由2片MAXl25芯片构成的A/D数据采集电路、DSP数据处理电路、ARM外围接口电路。并且通过双口RAM实现DSP与ARM之间的通信，运用CE-R远动实时装置通过RS485总线组网实现本地监控，通过以太网接口实现远程监控。同时制作了3块相关的电路板：数据采集电路板、数据处理电路板、ARM外围接口电路板，并且完成了调测工作。在数据采样方面，主要通过软件同步完成了频率的实时采集，对软件同步中产生的周期误差采用修正的软件同步算法进行了一定的矫正；电压和电流信号的频谱分析由传统的FFT算法完成，同时对于FFT算法产生的栅栏效应以及频谱泄漏问题，结合窗函数的设计思想，进行了一定的修正。最后运用Qt/Embedded设计了本系统的GUI界面，包括电能质量远程监控主界面、各项参数显示界面、超越报警界面等，并且都成功的显示在了目标平台的LCD中。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1课题研究的背景

1.2电能质量指标的相关概念以及研究的目的和意义

1.2.1电能质量指标的相关概念

1.2.2本文研究的目的和意义

1.3目前国内外电能质量的研究情况以及相关发展趋势

1.3.1国内外电能质量的理论研究

1.3.2国内外电能质量监控装置的研究

1.3.3电能质量监控装置的最新动态

1.4本论文的主要研究工作

2电能质量监控系统设计方案的论证

2.1电能质量监控装置的主要功能以及设计指标要求

2.2系统方案的总体设计

2.2.1当前主要监控装置的论述

2.2.2本人的系统设计方案

2.3各功能模块的简介

2.3.1数据采集模块

2.3.2数据处理模块

2.3.3 ARM控制模块

2.3.4通信模块

2.3.5操作系统模块

2.3.6算法处理模块

2.3.7 LCD显示模块

2.4本章小结

3电能质量监控系统的硬件设计

3.1数据采集模块设计

3.1.1前向通道设计

3.1.2测频电路设计

3.1.3 A/D数据采集电路设计

3.2数据处理模块设计

3.2.1 TMS320F2812简介

3.2.2 TMS320F2812最小系统设计

3.3 ARM管理模块设计

3.3.1 S3C2410简介

3.3.2 RS485通信电路设计

3.3.3以太网接口电路设计

3.3.4 LCD接口电路

3.3.5电源模块电路

3.4 DSP与ARM之间通信模块设计

3.4.1 IDT70V24PF简介

3.5硬件设计注意点

3.5.1干扰信号的来源

3.5.2抗干扰的措施

3.5.3硬件调试过程中的问题及其处理

3.6本章小结

4构建与ARM-Linux相关的软件开发平台

4.1 Linux的特点

4.2交叉编译工具安装

4.3 BootLoader安装

4.4 Linux内核移植

4.4.1针对本监控装置进行内核的配置

4.4.2将zImage文件烧写到监控装置中

4.5 Qt/Qtopia的建立

4.5.1 Qt/Embedded简介

4.5.2搭建Qt/Embedded应用环境

4.6数据库的安装

4.6.1 Berkeley DB简介

4.6.2 Berkeley DB的安装和移植

4.6.3 Berkeley DB的使用注意事项

4.7本章小结

5电能质量监控系统的软件设计

5.1软件设计原则

5.2频率采集模块

5.2.1采样点计算

5.2.2软件同步的修正

5.3 A/D处理模块

5.4 FFT算法处理模块

5.4.1基-2 FFT算法的原理

5.4.2 FFT算法的实现

5.4.3加窗函数处理的FFT算法

5.5双口RAM通信模块

5.5.1 S3C2410寄存器简介

5.5.2 S3C2410存储器控制寄存器的配置

5.6本章小结

6电能质量监控系统的性能测试及实验结果分析

6.1硬件部分电路仿真结果分析

6.2 FFT算法仿真结果及分析

6.3 QT界面的设计及分析

6.3.1 QT中文化处理

6.3.2运用NFS方式进行挂载

6.3.3编写并编译应用程序

6.3.4 QT图形界面显示

6.4本章小结

7总结和展望

7.1总结

7.2课题下一步的研究方向

致 谢

参考文献

附录