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電能的應用程度是衡量一個(gè)國家電力發(fā)展水平的重要標志之一。近年來(lái)，用戶(hù)對電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高，使得電能質(zhì)量問(wèn)題日益緊迫地擺在了大家的面前，電能質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到國民經(jīng)濟的總體效益。 為了提高供電質(zhì)量，保證電網(wǎng)和供電設備安全、經(jīng)濟及可靠運行，國內外許多研究機構和公司研制生產(chǎn)了各種功能的電力參數分析儀表、儀器，但傳統的基于有效值理論的監測技術(shù)已經(jīng)不能完整、準確地描述實(shí)際發(fā)生的動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。在此，設計了一種基于嵌入式系統的電能質(zhì)量參數監測儀，改進(jìn)了以往同類(lèi)監測儀的缺點(diǎn)，能實(shí)時(shí)地顯示出動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量的參數變化，具有較高的實(shí)際應用價(jià)值。 1 電力參數的計算 電能質(zhì)量主要包括由公用電網(wǎng)供給用戶(hù)端交流電能品質(zhì)的一些參數。本文主要討論國家標準涉及的各項穩態(tài)指標，如頻率、電壓(電流)、諧波、閃變、三相不平衡度等，以及功率、相位差、諧波畸變率等相關(guān)指標的分析測量，這也是一般的電能質(zhì)量測量分析儀器所關(guān)心的電能質(zhì)量指標。 下面給出各項電能參數的計算方法： 電壓有效值的離散化計算公式： 式中：UA，UB，UC，IA，IB，IC分別為各相電壓電流的有效值。 式中：fs為所選晶振頻率(單位為Hz)；TCnt為一個(gè)整周期定時(shí)器計數值。 諧波含量就是各次諧波的平方和開(kāi)方。諧波電壓含量與諧波電流含量分別表示為： 2 系統整體結構 基于ARM9和嵌入式Windows CE系統的整體結構圖如圖1所示。 該系統采用DSP+ARM9的雙CPU形式，其中，DSP采用TI公司的TMS320F2812；ARM9采用Samsung的S3C2410。該系統中ARM部分用購買(mǎi)的開(kāi)發(fā)板進(jìn)行開(kāi)發(fā)測試。 TMS320F2812提供了足夠的處理能力，使一些復雜實(shí)時(shí)控制算法的應用成為可能，它主要完成對三相交流電壓、電流的數據采集，電壓和電流經(jīng)過(guò)信號調理電路，經(jīng)互感器隔離降壓，經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量，使電壓和電流進(jìn)入TMS320F2812處理器，之后通過(guò)TMS320F2812對這些數據進(jìn)行計算處理，再通過(guò)CAN總線(xiàn)通信將處理好的數據傳送給ARM模塊。 S3C24lO是Samsung公司推出的16／32位RISC處理器，具有低成本、低功耗、小體積、高性能的特點(diǎn)，集成了豐富的片上資源。系統中，其主要作用是利用CAN總線(xiàn)通信來(lái)接收從DSP傳過(guò)來(lái)的數據，并對其進(jìn)行LCD顯示，以實(shí)現實(shí)時(shí)監測，同時(shí)，還可通過(guò)USB接口將數據存儲到U盤(pán)上。其中，TMS320F2812的CAN收發(fā)器型號為PCA82C250。TMS320F2812片上集成了CAN通信接口，可直接與PCA82C250上的TXD和RXD相連，并將信號轉換成CANH，CAHL后，在CAN總線(xiàn)上傳輸。由于A(yíng)RM開(kāi)發(fā)板并沒(méi)有提供CAN接口，所以此部分要進(jìn)行外擴。S3C2410與CAN總線(xiàn)的接口采用SPI轉CAN的方式，控制器采用Microchip公司的MCP2515。S3C24lO的SPI接口可直接與MCP2515控制器的SPI接口相連，控制器輸出端的信號經(jīng)PCA82C250轉化為CANH，CANL后，在CAN總線(xiàn)上傳輸。 3 嵌入式操作系統Win CE的定制、移植及驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā) 3．1 CAN驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā) Platform Builder本身自帶了很多驅動(dòng)程序，如串口驅動(dòng)、USB口驅動(dòng)等，但由于系統中的CAN總線(xiàn)通信部分是外擴的，開(kāi)發(fā)商提供的BSP開(kāi)發(fā)包不包含這部分驅動(dòng)，要自行編寫(xiě)驅動(dòng)程序和注冊表部分的文件，定制出CEC文件，并將生成的驅動(dòng)與BSP進(jìn)行綁定。CAN驅動(dòng)開(kāi)發(fā)流程為： 編寫(xiě)CAN驅動(dòng)時(shí)，首先要確保S3C24lO的SPI接口可以正常工作，再利用SPI接口對MCP2515寄存器進(jìn)行相應的設置。 CAN總線(xiàn)驅動(dòng)的設計步驟為： (1)初始化S3C2410的SPI口。設置波特率、主從模式、通信方式等； (2)初始化MCP2515。設置相應的發(fā)送、接收緩沖器； (3)編寫(xiě)CAN控制器的收發(fā)程序； (4)編寫(xiě)CAN流接口的函數形式； (5)導出流接口，修改注冊表和CEC文件。 3．2 操作系統的移植 對Windows CE操作系統進(jìn)行移植，先進(jìn)行WinCE Bootloader的開(kāi)發(fā)，然后進(jìn)行操作系統的特性配置和移植，再進(jìn)行硬件平臺上驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，最后對應用程序進(jìn)行移植和開(kāi)發(fā)。 (1)Bootloader的開(kāi)發(fā)。Bootloader的結構可以分為BL Common、OEM代碼、Eboot、存儲管理、EDBG驅動(dòng)程序五個(gè)部分。這五部分中，除了OEM代碼需要自己編寫(xiě)外，其他幾個(gè)部分的代碼都是由Windows CE本身提供的。 (2)內核的配置和移植。Win CE內核的配置和移植是在Platform Builder的幫助下，根據系統的具體應用目標來(lái)進(jìn)行各種功能裁減，然后由Sysgen即可編譯生成所需的操作系統鏡像NK．bin。當PlatformBuilder成功編譯生成WinCE內核后，通過(guò)PlatformBuilder自帶的TFPT網(wǎng)絡(luò )傳輸工具或其他TFPT網(wǎng)絡(luò )傳輸工具將內核下載至硬件平臺中。 (3)驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)。Windows CE提供了特定的驅動(dòng)程序框架，以驅動(dòng)內部或者外圍的硬件設備。驅動(dòng)程序位于操作系統與硬件的中間，是BSP包的一部分，將操作系統與設備鏈接起來(lái)，操作系統就能識別設備，并為應用程序提供相應的服務(wù)。在此主要介紹了CAN驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。 (4)應用程序的開(kāi)發(fā)和移植。完成以上內容后，就可以針對硬件平臺和具體系統要求進(jìn)行應用程序的開(kāi)發(fā)。 4 結語(yǔ) 設計了一種基于A(yíng)RM9和Windows CE的數據采集系統，采用TMS320F2812處理器對數據進(jìn)行采集，充分發(fā)揮了這款DSP芯片的數據處理能力；S3C24lO和Windows CE嵌入式系統的應用，使得系統能夠實(shí)現數據的實(shí)時(shí)顯示和監測。文中實(shí)現了對硬件平臺的設計和對Windows CE操作系統的定制、移植及其驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。該系統具有實(shí)時(shí)性好，性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，有很高的實(shí)用價(jià)值。 |
