嵌入式系统在消弧线圈接地系统中的应用研究[硕士论文].doc
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嵌入式系统在消弧线圈接地系统中的应用研究[硕士论文],嵌入式系统在消弧线圈接地系统中的应用研究本文共计63页，28736字本文为硕士毕业论文摘要目前，我国配电网中性点接地方式越来越多的采用经消弧线圈系统接地，消弧线圈接地系统的选线控制器采用工业控制计算机，由于散热的需要安装了散热风扇，这就导致机箱内积灰严重，风扇长期运行故障多，使得整个系统不能完全实现免维护功能，不能满足...
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嵌入式系统在消弧线圈接地系统中的应用研究
本文共计63页，28736字
本文为硕士毕业论文
摘 要
目前，我国配电网中性点接地方式越来越多的采用经消弧线圈系统接地，消弧线圈接地系统的选线控制器采用工业控制计算机，由于散热的需要安装了散热风扇，这就导致机箱内积灰严重，风扇长期运行故障多，使得整个系统不能完全实现免维护功能，不能满足电力系统无人值守的需求。另外对于电缆出线比较多的变电站，由于控制器的处理速度还不够快，做FFT运算十分耗时，这样就不能保证系统的实时处理。
嵌入式技术的飞速发展为改变这种状况提供了契机，ARM9等32位嵌入式处理器在性能上已经可以与工业控制计算机相媲美。在网络和后PC时代，在工业控制、图像处理等领域采用低功耗、高性能的嵌入式处理系统将是一个发展的趋势。
论文以高性能的32位嵌入式芯片AT91RM9200为平台取代工业控制计算机，以消弧线圈接地控制系统为应用对象，实现32路模拟量信号的同步采样、以太网通信、大容量存储、嵌入式图形界面等功能，完成了消弧线圈接地控制系统的软件设计和硬件设计。
论文首先根据工业控制计算机在消弧线圈接地控制应用中出现的问题，在对嵌入式系统进行了大量学习研究的基础上，利用AT91RM9200处理器来代替工业控制计算机，根据功能的不同将处理平台划分为处理器、存储器系统、故障录波、通信接口、A/D采样模块、人机接口、复位电路以及供电等模块，并完成了各个模块的分析和设计。
应用软件的开发不仅需要稳定的硬件平台，还需要良好性能的操作系统的支持，VxWorks是一种既支持AT91RM9200处理器又具有良好实时性的操作系统。论文就VxWorks在AT91RM9200上的移植做了详细的介绍，具体内容包括：Bootloader程序在目标系统上的移植，VxWorks BSP 在消弧线圈接地控制系统中的配置，以及CAN接口、触摸屏、A/D采样等外设驱动程序的编写。
消弧线圈接地控制系统需要图形界面的支持，在比较了常见的图形界面后，选择μC/GUI并对其结构进行分析，实现了在目标系统上的移植。结合消弧线圈接地控制系统的需要，完成图形界面的设计和开发。
关键词：消弧线圈接地系统，嵌入式系统，VxWorks，AT91RM9200
ABSTRACT
At present, the method of neutral point grounding in the distribution networks through arc suppression coil is commonly used in our country; the controllers of the arc suppression coil are often industry control computers. For the need of dispelling heat, fan is fixed and it lead that the piling of ash is serious in the box. There are a lot of faults when the fan runs long. It makes the whole control system cannot dismiss maintenance completely and can’t satisfy the demand of electric power system. Otherwise, in the condition of the transformer substation with many cables, for the controller’s speed of processing data is not enough, it will consume lots of times when using arithmetic of FFT and can’t ensure processing data real time.
目 录
中文摘要 I
英文摘要 II
1 概 论 1
1.1 引言 1
1.2 嵌入式系统的概述 2
1.2.1嵌入式系统的定义 2
1.2.2嵌入式处理器的简介 3
1.2.3 实时操作系统(RTOS)简介 5
1.2.4 嵌入式系统的发展历史和现状 7
1.2.5 嵌入式系统的特点 7
1.2.4 嵌入式系统的应用领域 8
1.3 在消弧线圈接地系统中使用RTOS的必要性 8
1.3.1目前开发模式上的弊端 8
1.3.2 在应用中使用RTOS的优点 9
1.4 论文研究的主要内容 9
2 新型消弧线圈控制系统总体方案设计 11
2.1 新型消弧线圈接地系统的电网电流测量方法和故障选线方法 11
2.1.1 配电网正常运行时对地电容的检测方法 11
2.1.2 基于零序电流动态变化量的接地选线保护算法 11
2.2 新型消弧线圈接地系统的设计要求 12
2.3 新型消弧线圈接地系统硬件平台的选择 12
2.4 新型消弧线圈接地系统RTOS的选择 13
2.5 以AT91RM9200为核心的控制系统的构成 14
2.6 小结 15
3 消弧线圈接地系统的硬件设计 16
3.1消弧线圈接地系统硬件构成 16
3.2 模拟量测量回路 16
3.2.1 限幅、滤波电路 17
3.2.2 频率检测电路 17
3.2.3 A/D采样 18
3.3 存储器系统 19
3.3.1 AT91RM9200存储系统 19
3.3.2 系统内存 20
3.3.3 系统FLASH存储器 20
3.4 故障录波模块 21
3.5 以太网接口电路 22
3.6 CAN接口 23
3.7 液晶显示模块 24
3.8 触摸屏接口 26
3.8.1 四线电阻式触摸屏的原理 26
3.8.2 触摸屏的控制实现 26
3.9系统的调试接口 27
3.9.1 JTAG接口 27
3.9.2 DEBUG接口 27
3.10 硬件抗干扰设计 28
3.11小结 29
4 VXWORKS及其在消弧线圈接地系统中的应用 30
4.1 板级支持包的结构 30
4.2 VXWORKS映像的分类 30
4.3 VXWORKS 在消弧线圈接地系统中的开发流程 31
4.4 VXWORKS 消弧线圈接地系统的实现 32
4.4.1 U-Boot 在接地系统上的移植 32
4.4.2 VxWorks BSP 的配置 34
4.4.3 VxWorks下载和运行 35
4.4.4 控制交叉编译环境的建立 35
4.5 系统硬件驱动程序的实现 37
4.6 消弧线圈接地系统中断响应时间的测试 41
4.7 小节 43
5 系统软件的设计和图形界面实现 44
5.1 控制系统软件总体设计原则 44
5.2 控制系统程序的软件设计 44
5.21系统任务的划分 44
5.2.2 控制系统程序的执行流程 45
5.3 各个功能模块的程序框图 45
5.3.1 AD采样计算任务 45
5.3.2 故障录波任务 46
5.4 图形界面在消弧线圈接地系统的实现 47
5.4.1 图形界面的概述 47
5.4.2 μC/GUI的简介 47
5.4.3 μC/GUI具有的特点 48
5.4.4 μC/GUI 的应用步骤 48
5.4.5 μC/GUI在消弧线圈接地系统中的移植 49
5.5 实验验证 50
5.5.1 故障录波模块的功能验证 50
5.5.2 图形界面的实现 51
5.6小结 51
6 结 论 52
致 谢 53
参考文献 54
附 录 56
部分参 考 文 献
[1] 要焕年，曹梅月. 电力系统谐振接地. 中国电力出版社，2002
[2] 刘和平. 新型快速可调消弧线圈接地系统研究. 重庆大学博士论文,2004
[3] 徐鸣，沈希等. 嵌入式计算机系统技术. 工业仪表与自动化装置,2005.2
[4] 李佑军. 嵌入式系统综述.现代电子技术,2003.6
[5] 马忠梅等. ARM&Linux 嵌入式系统教程. 北京航空航天大学出版社,2004
[6] 马忠梅等. ARM嵌入式系统结构与应用基础. 北京航空航天大学出版社,2002
本文共计63页，28736字
本文为硕士毕业论文
摘 要
目前，我国配电网中性点接地方式越来越多的采用经消弧线圈系统接地，消弧线圈接地系统的选线控制器采用工业控制计算机，由于散热的需要安装了散热风扇，这就导致机箱内积灰严重，风扇长期运行故障多，使得整个系统不能完全实现免维护功能，不能满足电力系统无人值守的需求。另外对于电缆出线比较多的变电站，由于控制器的处理速度还不够快，做FFT运算十分耗时，这样就不能保证系统的实时处理。
嵌入式技术的飞速发展为改变这种状况提供了契机，ARM9等32位嵌入式处理器在性能上已经可以与工业控制计算机相媲美。在网络和后PC时代，在工业控制、图像处理等领域采用低功耗、高性能的嵌入式处理系统将是一个发展的趋势。
论文以高性能的32位嵌入式芯片AT91RM9200为平台取代工业控制计算机，以消弧线圈接地控制系统为应用对象，实现32路模拟量信号的同步采样、以太网通信、大容量存储、嵌入式图形界面等功能，完成了消弧线圈接地控制系统的软件设计和硬件设计。
论文首先根据工业控制计算机在消弧线圈接地控制应用中出现的问题，在对嵌入式系统进行了大量学习研究的基础上，利用AT91RM9200处理器来代替工业控制计算机，根据功能的不同将处理平台划分为处理器、存储器系统、故障录波、通信接口、A/D采样模块、人机接口、复位电路以及供电等模块，并完成了各个模块的分析和设计。
应用软件的开发不仅需要稳定的硬件平台，还需要良好性能的操作系统的支持，VxWorks是一种既支持AT91RM9200处理器又具有良好实时性的操作系统。论文就VxWorks在AT91RM9200上的移植做了详细的介绍，具体内容包括：Bootloader程序在目标系统上的移植，VxWorks BSP 在消弧线圈接地控制系统中的配置，以及CAN接口、触摸屏、A/D采样等外设驱动程序的编写。
消弧线圈接地控制系统需要图形界面的支持，在比较了常见的图形界面后，选择μC/GUI并对其结构进行分析，实现了在目标系统上的移植。结合消弧线圈接地控制系统的需要，完成图形界面的设计和开发。
关键词：消弧线圈接地系统，嵌入式系统，VxWorks，AT91RM9200
ABSTRACT
At present, the method of neutral point grounding in the distribution networks through arc suppression coil is commonly used in our country; the controllers of the arc suppression coil are often industry control computers. For the need of dispelling heat, fan is fixed and it lead that the piling of ash is serious in the box. There are a lot of faults when the fan runs long. It makes the whole control system cannot dismiss maintenance completely and can’t satisfy the demand of electric power system. Otherwise, in the condition of the transformer substation with many cables, for the controller’s speed of processing data is not enough, it will consume lots of times when using arithmetic of FFT and can’t ensure processing data real time.
目 录
中文摘要 I
英文摘要 II
1 概 论 1
1.1 引言 1
1.2 嵌入式系统的概述 2
1.2.1嵌入式系统的定义 2
1.2.2嵌入式处理器的简介 3
1.2.3 实时操作系统(RTOS)简介 5
1.2.4 嵌入式系统的发展历史和现状 7
1.2.5 嵌入式系统的特点 7
1.2.4 嵌入式系统的应用领域 8
1.3 在消弧线圈接地系统中使用RTOS的必要性 8
1.3.1目前开发模式上的弊端 8
1.3.2 在应用中使用RTOS的优点 9
1.4 论文研究的主要内容 9
2 新型消弧线圈控制系统总体方案设计 11
2.1 新型消弧线圈接地系统的电网电流测量方法和故障选线方法 11
2.1.1 配电网正常运行时对地电容的检测方法 11
2.1.2 基于零序电流动态变化量的接地选线保护算法 11
2.2 新型消弧线圈接地系统的设计要求 12
2.3 新型消弧线圈接地系统硬件平台的选择 12
2.4 新型消弧线圈接地系统RTOS的选择 13
2.5 以AT91RM9200为核心的控制系统的构成 14
2.6 小结 15
3 消弧线圈接地系统的硬件设计 16
3.1消弧线圈接地系统硬件构成 16
3.2 模拟量测量回路 16
3.2.1 限幅、滤波电路 17
3.2.2 频率检测电路 17
3.2.3 A/D采样 18
3.3 存储器系统 19
3.3.1 AT91RM9200存储系统 19
3.3.2 系统内存 20
3.3.3 系统FLASH存储器 20
3.4 故障录波模块 21
3.5 以太网接口电路 22
3.6 CAN接口 23
3.7 液晶显示模块 24
3.8 触摸屏接口 26
3.8.1 四线电阻式触摸屏的原理 26
3.8.2 触摸屏的控制实现 26
3.9系统的调试接口 27
3.9.1 JTAG接口 27
3.9.2 DEBUG接口 27
3.10 硬件抗干扰设计 28
3.11小结 29
4 VXWORKS及其在消弧线圈接地系统中的应用 30
4.1 板级支持包的结构 30
4.2 VXWORKS映像的分类 30
4.3 VXWORKS 在消弧线圈接地系统中的开发流程 31
4.4 VXWORKS 消弧线圈接地系统的实现 32
4.4.1 U-Boot 在接地系统上的移植 32
4.4.2 VxWorks BSP 的配置 34
4.4.3 VxWorks下载和运行 35
4.4.4 控制交叉编译环境的建立 35
4.5 系统硬件驱动程序的实现 37
4.6 消弧线圈接地系统中断响应时间的测试 41
4.7 小节 43
5 系统软件的设计和图形界面实现 44
5.1 控制系统软件总体设计原则 44
5.2 控制系统程序的软件设计 44
5.21系统任务的划分 44
5.2.2 控制系统程序的执行流程 45
5.3 各个功能模块的程序框图 45
5.3.1 AD采样计算任务 45
5.3.2 故障录波任务 46
5.4 图形界面在消弧线圈接地系统的实现 47
5.4.1 图形界面的概述 47
5.4.2 μC/GUI的简介 47
5.4.3 μC/GUI具有的特点 48
5.4.4 μC/GUI 的应用步骤 48
5.4.5 μC/GUI在消弧线圈接地系统中的移植 49
5.5 实验验证 50
5.5.1 故障录波模块的功能验证 50
5.5.2 图形界面的实现 51
5.6小结 51
6 结 论 52
致 谢 53
参考文献 54
附 录 56
部分参 考 文 献
[1] 要焕年，曹梅月. 电力系统谐振接地. 中国电力出版社，2002
[2] 刘和平. 新型快速可调消弧线圈接地系统研究. 重庆大学博士论文,2004
[3] 徐鸣，沈希等. 嵌入式计算机系统技术. 工业仪表与自动化装置,2005.2
[4] 李佑军. 嵌入式系统综述.现代电子技术,2003.6
[5] 马忠梅等. ARM&Linux 嵌入式系统教程. 北京航空航天大学出版社,2004
[6] 马忠梅等. ARM嵌入式系统结构与应用基础. 北京航空航天大学出版社,2002
