基于FPGA的电子式互感器数据采集系统的设计

摘要

电能是国民经济各领域广泛应用的最为重要的能源，电力系统在国民经济的发展中发挥着举足轻重的作用，其发展和变化受到世界各国特别是发达国家的高度重视。进入21世纪，智能电网成为电力系统发展的新方向。智能数字化变电站是智能电网的重要组成部分，用于测量、保护、控制等各个方面的电力设备开始从模拟信号传输转为数字信号传输。因此电子式互感器应运而生。
　　本文以IEC60044-7/8电子式电流电压互感器标准为基础，参考IEC61850-9-1/2标准，对电子式互感器釆集系统的通信特点和功能进行了详细的分析和研究，以FPGA+AD7606为硬件平台，完成了8通道电子式互感器釆集系统的设计。首先，对采集系统的FPGA外围硬件电路进行设计，能AD7606外围电路，光纤通信电路以及串口通信电路。然后设计了基于FPGA的系统数据采集模块，数据处理模块，数据发送模块三大模块。采用Verilog HDL语言编程设计了包括秒脉冲有效性检测，釆样脉冲同步信号生成，AD7606采样的数据釆集模块；FIFO，FIR数字滤波器，CRC校验码生成，FT3数据组帧的数据处理模块；曼彻斯特编码，UART串口传输的数据发送模块，并用Modelsim软件完成了对各模块的功能仿真和验证。
　　最后，将设计的基于FPGA的电子式互感器采集系统下载到开发板进行试验，将实际采集并处理后的数据经U过SB接口发送到上位机，准确的解析出了FT3数据帖，采集的数据精度符合要求，证明了设计的正确性和可行性。

目录

声明

1绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2电子式互感器简介

1.3电子式互感器标准

1.4 电子式互感器国内外发展现状

1.5论文研究的主要内容

1.6本章小节

2 FPGA简介及系统方案设计

2.1 FPGA及其开发流程介绍

2.2 Quartus II软件介绍

2.3 Modelsim 软件介绍

2.4 系统方案设计

2.5 本章小结

3 FPGA外围硬件电路设计

3.1 AD7606介绍及其外围电路设计

3.2光纤通信模块设计

3.3串口发送电路设计

3.4本章小节

4数据采集模块的设计与验证

4.1秒脉冲有效性检测模块的设计

4.2采样脉冲同步模块的设计

4.3秒脉冲信号异常处理

4.4 AD7606采样模块的设计

4.5数据采集模块的验证

4.6 本章小结

5数据处理模块的设计与仿真

5.1 FIFO模块的设计与仿真

5.2 FIR数字滤波器的设计与仿真

5.3 CRC校验码生成模块的设计与仿真

5.4 FT3组帧模块的设计

5.5本章小结

6数据发送模块的设计与仿真

6.1曼彻斯特编码模块的设计与仿真

6.2 UART串口发送模块的设计与仿真

6.3本章小结

7系统调试及结果分析

7.1 CRC及FT3帧格式验证

7.2采集精度测试与误差分析

7.3本章小节

8总结与展望

8.1总结

8.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文