变电站智能电子设备通信和人机交互设计

摘要

目前，国内电网以大机组，超高压输电和自动化为主要特征，运行状况非常复杂，发生事故时必须掌握实时信息，才能及时决策处理。变电站作为电网的重要节点，要提供实时的通讯信息作为进行分析的基础。在变电站中，各类自动化及继电保护装置的数据实时传输也是进行事故分析和调度的前提，这就对变电站的通信网络提出了很高的要求。内部的通信中最重要的是使用新的、高性能的通信网络以满足不断增长的技术需求。以太网应用于变电站自动化系统的过程总线和厂站总线已经成为新一代变电站自动化系统的发展趋势。本文提出了基于嵌入式操作系统基础上的包括以太网等多种通讯接口的通讯系统，能够更加满足变电站对实时性的要求。 文中通过比较多种通讯方式的利弊，选出了适合于现在情况的通讯方式。描述了基于嵌入式芯片LPC2292的保护装置硬件原理，给出了硬件原理图并介绍了嵌入式操作系统的特点，对重要的操作系统移植作出详细地说明。 本系统采用当前先进的微电子技术，构成新一代的微机综合自动化装置。该装置的CPU采用高性能的基于RISC结构的32位ARM微处理器。选用的高性能微处理器L2C2292具有快速的计算能力，控制能力强大，通信资源丰富。本身集成了CAN和UART控制器，方便了CAN和UART的通讯设计。拥有可扩展的外部32位总线，装置的以太网控制器通过外扩总线与CPU通信。同时通信芯片与外部网络之间采取光耦隔离和双电源供电等措施，有效实防止电磁干扰，提高通信可靠性。 在这样的硬件平台上，移植了μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统，编写了驱动程序，根据每个任务对时间的要求，对任务的优先等级进行了安排。最大的保证了装置的通讯的实时性。 丰富的通信接口，使装置通信能力大大提高。MODBUS协议为微机保护装置内部通讯以及装置和上位机的通讯提供了串行通信规范。论文在对MODBUS报文特点深入分析的基础上，对通讯协议的编程实现进行了详细的介绍。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1引言

1.1课题背景及意义

1.2变电站自动化发展过程

1.3本课题的研究目标

2硬件环境

2.1总体方案

2.2主要模块介绍

2.2.1核心处理器

2.2.2人机交互部分

2.2.3通信部分

2.3其他功能部分

2.4小结

3嵌入式系统及ARM概述

3.1嵌入式系统组成

3.1.1嵌入式处理器的特点及各种类型的嵌入式处理器

3.1.2 ARM7TDMI处理器

3.1.3 ARM处理器的应用选型

3.1.4关于核心芯片LPC2292的介绍

3.1.5嵌入式实时操作系统分类

3.1.6嵌入式操作系统特点

3.1.7嵌入式系统特点

3.2 MC/OS-Ⅱ操作系统

3.2.1实时操作系统简介

3.2.2 μC/OS-Ⅱ操作系统简介

3.2.2 μC/OS-Ⅱ操作系统特点

3.2.3 μC/OS-Ⅱ实时性

3.3建立操作系统的开发平台

3.3.1开发平台的特点

3.3.2建立开发平台的优势

3.3.3建立开发平台

3.4小结

4 MC/OS-Ⅱ在ARM微处理器上的移植

4.1嵌入式系统移植问题

4.1.1 μC/OS-Ⅱ移植的一般性问题

4.1.2编译器的选择

4.1.3 ARM7工作模式的选择

4.2移植MC/OS-Ⅱ步骤

4.3移植代码的编写

4.3.1文件OS_CPU.H

4.3.2文件OS_CPU.C

4.3.3文件OS_CPU_A.S

4.4移植MC/OS-Ⅱ到 LPC2292

4.5移植验证

4.6本章小结

5实时多任务及通信机制的软件设计

5.1软件总体设计

5.2任务函数的编写

5.2.1按键控制

5.2.2液晶显示

5.2.3外设驱动

5.3多任务管理

5.3.1μC/OS-Ⅱ任务管理

5.3.2具体任务划分和管理

5.3.3任务同步与通信

5.4 MODBUS通信协议的应用

5.4.1 modbus.C的编写

5.4.2 Modbus协议编程

5.4.3通信调试

5.5本章小结

6菜单设计

7结论

参考文献

作者简历