FTU的硬件结构设计和软件设计

摘要

随着对配电网自动化的要求的提高，作为其重要设备的FTU的性能也应提高。针对当今市面上的终端设备的不足，本文尝试给出一种功能强大、性价比高、可推广性强的FTU装置。本设计采用当前流行的嵌入式技术和数字信号处理技术来完成核心处理器，采用以ARM9与TMS320LF2407A有机结合的双CPU构架，这种设计稳定、高效、节能，优于以往FTU的核心处理器的设计。本设计采用当前非常先进以太网通信方式，较以往FTU的通信方式网络化更强，信息传输能力更为强大。本设计除了在核心处理器和通信方式上有明显优势外，在其他部分亦有改进。希望这种装置在相当长的时间内都保持优越性。本文讲述了笔者对馈线自动化的理解，介绍了设计过程，给出了FTU的硬件结构设计和软件设计。

关键词：双CPU，嵌入式，AT91RM9200，TMS320LF2407A，以太网

Abstrast

As requirements of the distribution network automation increasing, the major equipment , FTU performance, should also be improved. To the old terminal equipments’deficiencies, this paper tries to give a powerful, cost-effective, strong promotion of FTU device. This kind of FTU uses ARM9 and TMS320LF2407A organic combination of double CPU structure. It is high efficiency, energy saving, stability, better than the previous FTU core processor design. The current design using highly advanced Ethernet communication mode, compared to the previous FTU communication mode of network information transmission ability stronger, more powerful. This design in addition to the core processor and communication mode has obvious advantages,

in the other part are improved.Hoping this FTU will be advanced for a long time in the future. This paper mainly introduces the FTU hardware structure and the main algorithm, and gives the hardware circuit.

Key words:Double CPU,embedded,AT91RM9200,TMS320LF2407A,Ethernet

目录

1 绪论 (1)

1.1 本课题的研究目的和意义 (1)

1.2 本课题的主要研究内容（提纲） (2)

1.3 文献综述（国内外研究情况及其发展） (3)

1.4 拟解决的关键问题 (4)

1.5 研究思路和方法 (5)

1.6 本课题的进度安排 (5)

2 系统设计及原理 (6)

2.1 双CPU构架 (6)

2.2 系统结构设计 (6)

3 硬件设计 (8)

3.1 处理器的设计 (8)

3.2 模拟量输入电路的设计 (13)

3.3 开关量输入/输出回路的设计 (16)

3.4 频率测量电路的设计 (17)

3.5 通信单元设计 (18)

3.6 电源设计 (21)

4 算法设计 (23)

4.1 电网参数的计算 (23)

4.2 故障判断算法 (24)

4.3 FIR滤波算法 (27)

5 软件设计 (30)

5.1 主程序 (30)

5.2 通信中断程序 (32)

6 总结与展望 (34)

6.1 总结 (34)

6.2 展望 (35)

参考文献 (36)

致谢 (39)

附录 (40)

附录1 (40)

附录2 (63)

1 绪论

1.1 本课题的研究目的和意义

长期以来，我国配电网的建设未得到应有的重视，建设资金短缺，设备技术性能落后，事故频繁发生，严重影响了人民生活和经济建设的发展，随着电力的发展和电力市场的建立，配电网的薄弱环节显得越来越突出，形成了与电网建设不协调的局面。

配电网自动化的发展是电力市场和经济建设的必然结果，而随着配电自动化的快速发展，用户对供电质量和供电可靠性的要求越来越高。馈线自动化是配电自动化的重要内容之一，它对于增强供电可靠性、提高电能质量、节能减损来讲至关重要。馈线自动化远方终端是馈线自动化的基础控制单元，对实现馈线自动化乃至配电自动化起着十分重要的作用。

我国电网建设、发展落后于国外，而众所周知，电力行业与国民经济息息相关，电力电网建设的落后会使得其他行业的发展滞后。因此，加快电网建设、实现配电网自动化刻不容缓。本课题将研究如何将当前最新技术用到配电网自动化中，设计一个馈线远方终端[1][2]。

1.2 本课题的主要研究内容（提纲）

1.2.1 技术背景

（1）我国目前配电网自动化的现状及发展方向；

（2）馈线远方终端的基本结构与要求；

（3）FTU在我国的发展状况以及存在的缺陷；

（4）国外技术发展情况。

1.2.1 预期功能

（1）遥测功能

系统应具有对各配电回路的电流、电压、功率、电度和功率因数等电量进行遥测的功能，并将以上实时数据进行实时显示，另外将以上数据通过远动传输通道传送倒上位机，经上位机计算分析处理和显示，以实现对各种电量正常值和越限值的远方测量。

（2）遥信功能

系统应能对柱上开关的当前位置、通信是否正常、储能完成情况等重要状态量进行采集，并通过网络向上位机及时汇报，以实现对柱上开关跳合闸位置信号、各种保护动作信号以及事故报警信号的远方提示作用。

（3）遥控功能

FTU应能接受远方命令，控制柱上开关合闸和跳闸以及起动储能过程。

（4）统计功能

FTU应能对开关的动作次数和动作时间及累计切断电流的水平进行监视。

（5）系统对时功能