基于高端Cortex-A9處理器的電能質(zhì)量分析與錄波方案設計

隨著國家工業(yè)規(guī)模的擴大和科學技術的發(fā)展，電網(wǎng)負荷結(jié)構(gòu)面臨諸多電能質(zhì)量問題。一方面，非線性、沖擊性和不平衡負荷的大量增長使得電能質(zhì)量惡化；另一方面，隨著信息技術的發(fā)展。越來越多的敏感負載對電能質(zhì)量的要求也越來越高。這就要求電能質(zhì)量檢測分析設備具有實時檢測、快速分析、實時顯示的能力。

采用嵌入式計算機系統(tǒng)(ARM)和高性能數(shù)字信號處理器(DSP)處理器架構(gòu)設計電能質(zhì)量分析儀能滿足上述要求。DSP 系統(tǒng)實現(xiàn)電壓、電流信號的實時采集處理，通過傅里葉變換和小波算法得到電能質(zhì)量參數(shù)；ARM 嵌入式平臺運行Linux操作系統(tǒng)完成人機交互、數(shù)據(jù)存儲、異常錄波、實時顯示等功能。

硬件系統(tǒng)包括信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集與處理、ARM 嵌入式平臺、協(xié)控制器和電源系統(tǒng)5 個模塊，系統(tǒng)框架如下圖所示。電網(wǎng)電壓電流信號經(jīng)調(diào)理電路預處理；采用高速 ADC數(shù)字化后由 DSP 處理器系統(tǒng)實現(xiàn)緩存及快速、準確的分析計算；采集到的波形數(shù)據(jù)和分析計算結(jié)果通過 FIFO 傳遞到 ARM 嵌入式平臺；采用 LCD 實現(xiàn)波形和分析結(jié)果顯示；

采用 SATA硬盤存儲設備來存儲大量的數(shù)據(jù)以便回放或進一步深入分析；利用鍵盤或觸摸屏實現(xiàn)人機交互功能；設置 RS-232、USB和網(wǎng)絡接口，便于實現(xiàn)電能質(zhì)量分析裝置統(tǒng)化和網(wǎng)絡化擴展。

系統(tǒng)中采用 FPGA芯片設計協(xié)控制器。它的作用主要是產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換器所需要的采樣時鐘、完成采樣通道的時序控制、綜合 FIFO 讀時鐘邏輯、控制邏輯等。

推薦方案

設計采用基于NXP i.MX6Q的核心模塊，集成四核1.0GHz Cortex-A9處理器、2GB內(nèi)存、8GB存儲，模塊支持眾多外設接口：LCD 接口用于 TFT 液晶屏的驅(qū)動，USB 接口適用于多種即插即用設備，SATA接口可以支持硬盤用于海量數(shù)據(jù)存儲（實現(xiàn)錄波），觸摸屏接口可實現(xiàn)觸摸屏控制，網(wǎng)絡接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)與后臺服務器上傳，串口可以擴展RS-485、GPS等功能，擴展總線接口與PCIe接口可擴展FPGA。

ARM 嵌入式平臺移植了Linux操作系統(tǒng)。在實時數(shù)據(jù)管理、圖形界面、開發(fā)環(huán)境等方面極易上手。