智能配變終端的設(shè)計(jì) 19900字 知網(wǎng) 10%

制定出針對性的發(fā)展戰(zhàn)略，才能使得電網(wǎng)時刻保持在最佳運(yùn)行狀態(tài)，并和智能電網(wǎng)之間，實(shí)現(xiàn)良好兼容。1.2.2配變終端（TTU）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀通常情況下，配電自動化系統(tǒng)主要分為三大組成部分，依次為主站層、子站層及其終端設(shè)備"們。然而，在數(shù)十年的發(fā)展當(dāng)中，由于子站層并未發(fā)揮度好的實(shí)際作用，故此，主站層一終端設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較常見。由此得知，對于系統(tǒng)而言，終端設(shè)備占據(jù)著舉足輕重的地位，其所具備的多樣化性能，將會直接決定系統(tǒng)是否能夠得以正常穩(wěn)定的運(yùn)行'⑺。實(shí)際上，終端設(shè)備的基本功能，在于監(jiān)測、傳輸、處理和控制'⑻。此外，在其內(nèi)部的電路中，一般涉及到數(shù)據(jù)采集處理電路及其現(xiàn)場控制電路等相關(guān)電路'⑼。近年來，由于配電自動化系統(tǒng)正在不斷蓬勃發(fā)展，配變終端系統(tǒng)也獲得了相對廣泛的實(shí)際應(yīng)用。然而，因?yàn)樵谕茝V初期，配電網(wǎng)并未全面實(shí)現(xiàn)自動化，故此，在配變終端方面，依然存在著諸多實(shí)際問題，例如：配變終端尚不具備豐富的功能，存儲量相對較低，并伴隨著相對較差的可靠性。事實(shí)上,在歐美等西方發(fā)達(dá)國家，配變終端的發(fā)展極為迅猛，并融合了多元化新型算法及其相應(yīng)的高性能芯片。其中，通過運(yùn)用FFT算法，能夠切實(shí)提升在計(jì)算諧波分量過程中的工作效率，處理并細(xì)致分析復(fù)雜情況下的諧波，持續(xù)拓寬TTU的實(shí)際功能'如。除此之外，由于芯片技術(shù)的日益繁榮，芯片市場己經(jīng)逐步更新?lián)Q代，新型芯片含有高速度及其低能耗的優(yōu)勢，能夠適用于多種環(huán)境。在此期間，高性能微處理機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，全球各大企業(yè)，逐步推行新型產(chǎn)品，來及時解決市場中不斷出現(xiàn)的各項(xiàng)難題，故此，配變終端所含有的諸多功能,正被持續(xù)完善。對于中國而言，配變終端在研究初期，主要運(yùn)用MCU+MCU的結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)主要以8096系列亦或MCS系列的單片機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)際上，雖然這些單片機(jī)含有相對良好的控制性能，然而，并不能針對數(shù)字信號，進(jìn)行細(xì)致的處理。故此，在當(dāng)前時期，全球各大企業(yè)，逐漸致力于研發(fā)DSP+MCU結(jié)構(gòu)，對于此類結(jié)構(gòu)而言，雖然其能夠切實(shí)滿足配變終端在實(shí)際監(jiān)測過程中的多樣化需求，然而，也同時提高了相應(yīng)的設(shè)計(jì)難度，并將既定的電路接線復(fù)雜化,無法有效保障裝置含有的可靠性?，F(xiàn)如今，市場中的同類別產(chǎn)品，主要通過DSP處理器，來完成相應(yīng)的信號處理。在當(dāng)前時期，由于中國整體發(fā)展進(jìn)程相對落后，故此，國家致力于鼓勵研究者持續(xù)創(chuàng)新。中國范圍內(nèi)的諸多電力企業(yè)及其研究所，都在致力于研發(fā)適用于中國國情的配變終端產(chǎn)品，例如：上海電力研發(fā)出的DEP-900系列、及其新聯(lián)電子研發(fā)出的PBTZ-C2W系列等?，F(xiàn)如今，為了持續(xù)推進(jìn)智能電網(wǎng)的實(shí)際發(fā)展進(jìn)程，并跟上電力通訊領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)變化，研究者必須全面掌握既定技術(shù)的優(yōu)勢與劣勢，才能針對性研發(fā)出最為合適的新型產(chǎn)品⑵-⑵。1.3論文研究內(nèi)容在本篇論文中，所涉及到的研究內(nèi)容大致如下：針對配變終端，做好前期調(diào)研工作，才能設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的智能型配變終端綜合方案。對其多樣化功能模塊中存在的硬件電路，進(jìn)行更深層次的細(xì)致設(shè)計(jì)。重點(diǎn)研究其所涉及到的數(shù)字信號處理技術(shù)與軟件實(shí)現(xiàn)的基本方法。2智能配變終端總體方案設(shè)計(jì)2.1智能配變終端功能及技術(shù)指標(biāo)2.1.1智能配變終端功能對于智能配變終端而言，其理應(yīng)含有的基本功能大致如下：采集測量功能：實(shí)時測量A\B\C各相電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因素、零序電流、當(dāng)前有功電能示值、當(dāng)前無功電能示值以及當(dāng)前A\B\C三相電壓電流2?19次諧波有效值和含有率；計(jì)量正反有功和無功電能量；基于預(yù)設(shè)周期來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)凍結(jié)；基于RS485接曰得到24路智能采集器的曲線數(shù)據(jù)及其月數(shù)據(jù)等。實(shí)時監(jiān)測功能：針對開閉所及其柱上開關(guān)等多樣化配電設(shè)備的實(shí)際啟用狀態(tài)，進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析功能主要如下：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因素等日月數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)；電壓合格率統(tǒng)計(jì)、功率因素越限統(tǒng)計(jì)以及三相電流不平衡度越限統(tǒng)計(jì)等。事件記錄及其報警功能：通常情況下，智能配變終端能夠自動保存近期時間內(nèi)的256條重要事件記錄及其相應(yīng)的一般事件記錄。如果終端在檢測過程中遇到下述情況，則會對主站進(jìn)行自動報警，其中，包含但不僅限于過負(fù)荷、過電壓、電壓逆相序、諧波超標(biāo)及其上電等。通信功能：可以通過GPRS/CDMA無線通信方式直接和管理主站系統(tǒng)通信，同時可以通過RS232、RS485、紅外等接口和其它設(shè)備通信。遠(yuǎn)程管理功能：終端能夠通過主站設(shè)置，針對電流及其電壓的實(shí)際限值，進(jìn)行詳細(xì)的查詢。與此同時，終端還能實(shí)時查詢視在功率限值，連續(xù)失壓限值及其諧波越限值等。自診斷功能：一般情況下，終端能夠自動判斷內(nèi)部的多樣化故障,其中，包含但不僅限于電池電壓相對較低、電壓失流、存儲器故障或損壞、硬件故障、通信故障等。安全防護(hù)功能：所有參數(shù)、功能設(shè)置、需量清零等對終端操作均設(shè)置密碼保護(hù)，線路停電后，所有測量數(shù)據(jù)保存時間在10年以上。2.1.2配變終端技術(shù)指標(biāo)對于配電終端而言，所參照的部分國家標(biāo)準(zhǔn)文件，大致如下［26'271:國家電網(wǎng)：Q/GDW614-2011《農(nóng)網(wǎng)智能型低壓配電箱功能規(guī)范和技術(shù)條件》。國家電網(wǎng)：Q/GDW1376.1-2013《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議》電力標(biāo)準(zhǔn)：DL/T721-2013《配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)遠(yuǎn)方終端》基于上述國家標(biāo)準(zhǔn)及其詳細(xì)的功能調(diào)研，能夠得知，配變終端所涉及到的諸多技術(shù)指標(biāo)大致如下：工作電壓在本篇論文中，采用交流三相四線制供電，這是由于，在系統(tǒng)故障(三相四線供電時任斷兩相電)時，交流電源可供終端正常工作。額定電壓：3x220/380V,50Hz允許偏差范圍：-30%—+30%測量誤差電流及其電壓在測量過程中允許的誤差范圍如下：＜±().5%有功及其無功功率在測量過程中允許的誤差范圍如下：W±l%諧波分量的實(shí)際準(zhǔn)確度如下：W±l%電網(wǎng)頻率在測量過程中允許的誤差范圍如下：0.02HZ外部接口2路是RS232接口，3路是RS485接口，4路是開關(guān)量輸出接口，16路是開關(guān)量輸入接口，各有1個RJ45以太網(wǎng)接口和USB2.0接口。通信協(xié)議Q/GDW1376.1及其擴(kuò)展通訊協(xié)議是主站和配變終端所遵循的通信協(xié)議。2.2整體方案設(shè)計(jì)分析研究相關(guān)的配變終端方案，得出以下幾類配變終端設(shè)計(jì)方案：模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片與DSP芯片該方案采用調(diào)理電路的方式把電網(wǎng)中的電流信號與三相電壓轉(zhuǎn)化成為和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相適應(yīng)的信號，通過把電壓電流信號轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)字信號，再通過進(jìn)行DSP芯片運(yùn)算，可以得出與電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)的電參數(shù)。該方案具有較低的成本，且具有處理大量數(shù)字計(jì)算功能的DSP數(shù)據(jù)，優(yōu)點(diǎn)顯著，不足在于自身的控制能力較弱。此方案適合各種測量儀表。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、DSP芯片和單片機(jī)此種方案是對前一種方案的改進(jìn)，通過DSP芯片完成數(shù)字計(jì)算，單片機(jī)根據(jù)相關(guān)電參數(shù)完成各類控制。但這種方案開發(fā)設(shè)計(jì)成本較高，DSP芯片和單片機(jī)之間需要大量的數(shù)據(jù)交換，軟件及硬件電路的設(shè)計(jì)較復(fù)雜；由于自身處理能力的限制，單片機(jī)在整體系統(tǒng)的可擴(kuò)展性較弱，僅僅可以進(jìn)行簡單的控制操作。專用電能計(jì)量芯片和ARM芯片數(shù)字信號處理器模塊與高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊集成在專用電能計(jì)量芯片中，可以把A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號并把電參數(shù)儲存參數(shù)輸出在寄存器里，利用通訊接口和外部的ARM芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，從而簡化了電路設(shè)計(jì)；ARM處理器的優(yōu)點(diǎn)不僅在于其控制能力比較強(qiáng)，而且由于其自身是多種外設(shè)控制器的集成，使得系統(tǒng)具有更強(qiáng)的擴(kuò)展性，使得外設(shè)接入更加便捷,大大減少了外圍電路設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)開發(fā)成本及開發(fā)周期。因此，專用電能計(jì)量芯片和ARM芯片是本次智能配變終端所采取的設(shè)計(jì)方案，電能計(jì)量芯片能夠完成對電參數(shù)測量，ARM模塊根據(jù)電能計(jì)量芯片測量的電參數(shù)可以完成對系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)與外部的通信；此外，針對處理器和外設(shè)處理速度不相匹配的狀況，為合理利用處理器I/O資源，本次智能配變終端采用可編程邏輯器件CPLD作為橋梁實(shí)現(xiàn)和外設(shè)數(shù)據(jù)的同步，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展性和實(shí)時性的提高。如圖2-1。

A"!電”'觸電壓采樣電路_般B相電壓—?電壓采樣電路c相電壓，刺電壓采樣電路A相電流電能計(jì)技j—電流采樣電路8相電流電流采樣電路肅電流栗樣電路\=HaC相電流CPLDA"!電”'觸電壓采樣電路_般B相電壓—?電壓采樣電路c相電壓，刺電壓采樣電路A相電流電能計(jì)技j—電流采樣電路8相電流電流采樣電路肅電流栗樣電路\=HaC相電流CPLD處理器處理器LCD[i!fc=］系統(tǒng)曜■竺蘭費(fèi)pF關(guān)電源開關(guān)母輸入接I】一B開關(guān)量輸出接IIf-J3Fig.2-1Thestructurediagramoftheterminal2.3芯片選擇2.3.1主控芯片選擇配變終端需根據(jù)電能計(jì)量模塊數(shù)據(jù)完成對外部設(shè)備控制，同時對原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，產(chǎn)生各種事件記錄，上報各種告警，聯(lián)絡(luò)各種通信，這就需要處理速度較高的處理器；若在低壓配電房或者配電箱里安裝配變終端，環(huán)境惡劣，一年四季溫差很大，具有較大污染的電網(wǎng)諧波以及持續(xù)運(yùn)行的需求，使得配變終端芯片的抗干擾能力要比較強(qiáng)；主控芯片需要有充足的以適應(yīng)配變終端的多種外設(shè)；配變終端不僅需要和剩余電流斷路器、多功能電能表以及智能電容器等進(jìn)行電力設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，還需要和遠(yuǎn)程主站完成通信，因此，配變終端就需要有豐富的通信接口；測量的數(shù)據(jù)是配變終端進(jìn)行FFT運(yùn)算分析諧波含量的依據(jù)，這要求主控芯片要有相當(dāng)?shù)倪\(yùn)算能力；在通過上述的分析后得出總結(jié)，本智能配變終端將使用STM32F429作為核心處理器。STM32F429是以ARM?Cortex?-M4的STM32F4系列單片機(jī)(MCU)為基礎(chǔ)，并采取了意法半導(dǎo)體的ART加速器川與NVM工藝，在出現(xiàn)閃存執(zhí)行指令時，位于180MHz的工作頻率下來達(dá)到225DMIPS/608CoreMark的工作性能，它是到目前為止，所有以Cortex-M內(nèi)核的微控制器為基礎(chǔ)的產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)的最高性能得分，同時該系列微控制器集成了單周期DSP指令和FPU,提升了計(jì)算能力，可以進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算和控制，配變終端需求能夠充分滿足；在-40°C至105。。的工作溫度下，以3.3V來供電，高達(dá)2M的片上閃存，STM32F429的外部可擴(kuò)展動態(tài)與靜態(tài)存儲設(shè)備。在STM32F429中，有USB2.0控制器、LCD控制器、UART、以太網(wǎng)MAC接口等，和外部的通信需求能夠完全滿足。2.3.2電量計(jì)量芯片選擇電能計(jì)量芯片不僅可以在處理器和簡單接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，還需要可以準(zhǔn)確進(jìn)行電網(wǎng)電參數(shù)的測量。ATT7022E是本終端所選擇的電能計(jì)量芯片。具有高精度、多功能特點(diǎn)的三相電能專用的計(jì)量芯片ATT7022E,在三相三線及三相四線均適用。ATT7022E是參考電壓電路、7路二階sigma-deltaADC和其他有效值、功率、頻率測量及能量的數(shù)字信號處理電路的集成，對于各相和合相的視在功率、有功功率、無功能量、有功能量等均可以測量，各相的電壓和電流有效值、頻率、功率因數(shù)等也可以測量，采用3.3V供電，ATT7022E有一個SPI接口，使得全部的校表參數(shù)和計(jì)量參數(shù)都能經(jīng)過接口讀出，在和外部MCU實(shí)現(xiàn)參數(shù)傳遞時十分方便，上電與斷電時的工作也能夠因?yàn)閮?nèi)置電壓監(jiān)測電路而保持穩(wěn)定和正常。ATT7022E可以訪問實(shí)時三相電壓、三相電流通道的原始采樣數(shù)據(jù)，可以利用原始數(shù)據(jù)做快速傅里葉變換來對電網(wǎng)中電壓電流的諧波進(jìn)行分析。2.4嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)選擇根據(jù)嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)以及智能終端的實(shí)際運(yùn)行要求有以下幾個嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)符合實(shí)際要求：uCos-II(Licosii):GPL以及商業(yè)兩個許可。uC/OS-II是一-類操作系統(tǒng)內(nèi)核，它能夠移植，能夠植入ROM中，允許進(jìn)行剪裁，可同時進(jìn)行多任務(wù)，能夠進(jìn)行搶占。這種實(shí)時內(nèi)核的實(shí)施以搶占方式的優(yōu)先級配置為基礎(chǔ)，而且在它之上能夠提供非常普通的系統(tǒng)性服務(wù)，比如郵箱，信號量，中止管理，內(nèi)存管理，消息隊(duì)列等等。2、FreeRtos：和ucos-ii比較相似，移植更加便利，超過uCos-II的勢頭顯著，GPL許可。FreeRTOS操作系統(tǒng)與embOS、UC/OS-II等等商業(yè)類型操作系統(tǒng)相比，特征是能夠做到不收取任何費(fèi)用，它的源代碼是公開性的，在減裁、移植、調(diào)度上更加靈活方便，能夠便利地移植于多種單片機(jī)器上進(jìn)行運(yùn)作。以使用者需求不同，F(xiàn)reeRTOS的內(nèi)核允許被設(shè)置為不可剝奪型內(nèi)核或者可剝奪型內(nèi)核。在設(shè)定成可剝奪型內(nèi)核的狀態(tài)下，較低優(yōu)先度任務(wù)的CPU的占用權(quán)就會被位于就緒狀態(tài)較高的優(yōu)先級任務(wù)擠占，以此來確保系統(tǒng)對于實(shí)時性的需要；在被設(shè)定成不可剝奪型內(nèi)核的時候，它能夠提升CPU運(yùn)行時的效率，除非目前運(yùn)行的任務(wù)主動將CPU的使用權(quán)釋放，否則FreeRTOS位于就緒狀態(tài)的高優(yōu)先級的任務(wù)就無法進(jìn)行oFreeRTOS操作系統(tǒng)的優(yōu)勢和缺陷都很明顯。它的缺陷在系統(tǒng)服務(wù)的功能上有所顯現(xiàn)，例如FreeRTOS僅僅提供了信號量以及消息隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)，不能通過后進(jìn)先出的次序發(fā)送消息給消息隊(duì)列；不僅如此，F(xiàn)reeRTOS僅僅是個操作系統(tǒng)的內(nèi)核，它需要向外擴(kuò)展第三方的FS（文件系統(tǒng)）、TCP/IP協(xié)議棧、GUI（圖形用戶界面）等才可以實(shí)現(xiàn)一個十分繁雜的系統(tǒng)，而nC/OS-II都能夠跟uC/TCP-IP、uC/FS、uC/GUI等緊密聯(lián)結(jié)。3、CoOS：GPL以及商業(yè)雙許可。開源而且不收費(fèi)；定制的ARMCortex操作系統(tǒng)；可剪裁性很強(qiáng)，系統(tǒng)內(nèi)核最小只有974Byte；多種編譯器均可行：GCC、ARMCC、ICCARM；時間片轉(zhuǎn)換以及優(yōu)先級搶占均受支持；檢驗(yàn)堆棧溢出；自動適應(yīng)任務(wù)算法調(diào)度；互斥等同步通信方式、信號量、事件標(biāo)志、隊(duì)列、郵箱；零中止延時時間。綜上所述，因?yàn)橹悄芙K端CPU使用的是ARMCortex結(jié)構(gòu)，所以智能終端的嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)選擇CoOSo2.5軟硬件開發(fā)環(huán)境（l）MDK-ARM開發(fā)軟件的平臺所使用的軟件MDK-ARM是由Keil公司進(jìn)行研發(fā)的，這個軟件能夠用于開發(fā)以ARM核為基礎(chǔ)的系列微型控制器的嵌入式應(yīng)用程序。MDK內(nèi)含有的組件有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)試器、宏匯編器、實(shí)時內(nèi)核、KeilC編譯器等等，對所有以ARM為基礎(chǔ)的的設(shè)備，它都能夠使工程師依照原有的計(jì)劃將項(xiàng)目完成。運(yùn)用MDK-ARM能夠創(chuàng)建源文件并且把創(chuàng)建的源文件構(gòu)造成一個工程，該工程用于定義目標(biāo)應(yīng)用程序，由于它提供嵌入式應(yīng)用程序的自動編譯、匯編和鏈接，使用者能夠?qū)⑺凶⒁饬劢褂贛DK-ARM集成開發(fā)的環(huán)境，MDK-ARM引進(jìn)的窗口管理系統(tǒng)十分靈活，多臺監(jiān)視器均可以被開發(fā)者使用，它還提供視覺上的表層對窗口位置的所有地點(diǎn)進(jìn)行全部的控制；MDK-ARM的源代碼級調(diào)試器十分適用于可靠迅捷的調(diào)試。此調(diào)試器擁有一個十分快速的軟件仿真器，它能夠?qū)σ粋€包括片上外設(shè)以及外部硬件的整體ARM系統(tǒng)進(jìn)行仿真。AltiumDesignerPCB以及原理圖的設(shè)計(jì)都采用AlliumDesigner軟件。AlliumDesigner軟件不僅全面保留了例如ProtelDXP、Protel99SE等之前系列版本的優(yōu)勢以及功能之外，而且添加了較多的高端功能，進(jìn)行了大幅度的改進(jìn)。這個平臺將板級設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)界面進(jìn)行了拓展，使得SOPC設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)功能和FPGA設(shè)計(jì)功能做到了全面集成，因此進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的工作者能夠?qū)⑾到y(tǒng)設(shè)計(jì)中的PCB、FPGA設(shè)計(jì)及嵌入式設(shè)計(jì)進(jìn)行集成。2.6本章小結(jié)本章首先通過對智能配變終端所采用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和國家電網(wǎng)的實(shí)際需求進(jìn)行了調(diào)查研究，確定了智能配變終端所需功能和技術(shù)指標(biāo)，接著比較目前市場上比較主流的配變終端硬件設(shè)計(jì)方案，在分析它們各自優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)確定了智能配變終端硬件方案，最后對配變終端主控處理器、電能計(jì)量芯片進(jìn)行選型，以及使用的嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)進(jìn)行選型，并介紹整個項(xiàng)目開發(fā)所需要的軟件環(huán)境。3配變終端模塊硬件電路設(shè)計(jì)3.1硬件電路總體設(shè)計(jì)配變終端主要由主控板、電源板、進(jìn)線交采板、出線交采板、遙控和RS485板、電容投切和模擬量采集板、GPRS通訊板七塊板組成，七板之間通過總線板連接，圖3-1為終端硬件連接圖。圖3-1配變終端硬件連接圖(1)主控板是配變終端的核心，控制各個模塊運(yùn)行，根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成各種事件記錄和告警，并存儲相關(guān)數(shù)據(jù)，同時實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，圖3-2為主控板PCB圖。圖3-2主控板PCB圖(2)電源板包括三路電源輸出，為整個配變終端系統(tǒng)提供電源。圖3-3為電源板PCB圖。

圖3-3進(jìn)線交采板PCB圖進(jìn)線交采板包含電壓互感器、電流互感器和電能計(jì)量芯片，重點(diǎn)采集JP柜進(jìn)線端的三相電壓與電流，利用電能計(jì)量芯片計(jì)算電參數(shù)，包括電壓和電流有效值、視在功率、有功功率、頻率等，為主控單元提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。圖3-4為進(jìn)線交采板PCB圖。EM；5匚HA心itm.?o圖3-4進(jìn)線交采板PCB圖出線交采板包括三組電能計(jì)量電路，可以采集JP柜(配電房)三路輸在本篇論文中，主要針對配電自動化系統(tǒng)，進(jìn)行了更深層次的細(xì)致分析，并對配變終端在全球范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用現(xiàn)狀，進(jìn)行了詳細(xì)的闡述?；谂渥兘K端及其多樣化國家標(biāo)準(zhǔn)，本文最終確定了該配變終端涉及到的相關(guān)功能以及諸多技術(shù)指標(biāo)，借鑒當(dāng)前國內(nèi)配變終端技術(shù)方案，主要將智能型配變終端，進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：其中，將STM32F429作為核心處理器，并且將電能采集芯片設(shè)定為ATT7022E型號，支持?jǐn)?shù)種類型的常見通信方式。其次，在該配變終端中，主要選擇分立板卡式結(jié)構(gòu)，即將主控板、輸入及其輸出控制板等，通過總線板進(jìn)行連接，并詳細(xì)論述各模塊硬件電路設(shè)計(jì)，介紹印制電路板設(shè)計(jì)流程和終端設(shè)計(jì)時采用的硬件抗干擾技術(shù)。最終，本文重點(diǎn)針對電參數(shù)測量理論，開展進(jìn)一步的深層次研究，并且基于快速傅里葉變換，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的諧波計(jì)算，以此來設(shè)計(jì)諸多軟件程序。在此期間，本文主要通過模塊化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)電能數(shù)據(jù)采集、諧波監(jiān)測、人機(jī)交互、通信等功能。與此同時，本文將主機(jī)模式，設(shè)定為SPI驅(qū)動程序，以此來讀取ATT7022E寄存器中存在的各種電能數(shù)據(jù)；并選擇以時間抽取為基礎(chǔ)的2-FFT算法，分析電網(wǎng)中2?21次諧波幅值。在開發(fā)按鍵和LCD顯示程序基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出科學(xué)完善的LCD多級菜單，并通過實(shí)時曲線來詮釋程序;此外，本文還設(shè)計(jì)了GPRS通信程序。計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件采用376.1協(xié)議，使用GRPS模塊與配變終端通信，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和諧波在線監(jiān)測。關(guān)鍵詞：配電自動化配變終端電能采集快速傅里葉變換監(jiān)控系統(tǒng)

出端的電能參數(shù)。圖3-5為出線交采板PCB圖。圖3-5出線板PCB圖遙控和RS485板包括4路繼電器輸出節(jié)點(diǎn)和3路RS485電路，為主控單元提供外部接口。圖3-6為出遙控和RS485板PCB圖。

圖3-6遙控和RS485PCB圖圖3-6遙控和RS485PCB圖電容投切和模擬量采集板包括電容投切電路和模擬量采集電路，為主控單元提供電容投切驅(qū)動電路，以及采集外部模擬量，如變壓器溫度。圖3-7為電容投切和模擬量采集板PCB圖。rnp1-s"bg.g^A^?t1^:?.*^-_pOI圖3-7rnp1-s"bg.g^A^?t1^:?.*^-_pOIGPRS通訊板包括電容投切電路和模擬量采集電路，為主控單元提供電容投切驅(qū)動電路，以及采集外部模擬量，如變壓器溫度，柜體溫度、濕度等。圖3-8為GPRS通訊板PCB圖。、八.導(dǎo)b部m-frJt#苔m伽b眇研l(wèi)"廣?RQRCXXXXXOMOULO.O2013.12.979nn

3.2、八.導(dǎo)b部m-frJt#苔m伽b眇研l(wèi)"廣?RQRCXXXXXOMOULO.O2013.12.979nn主控板是配變終端的核心板，配變終端需要保存三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因素等日月數(shù)據(jù)，還需保存最近256條重要事件記錄和256條一般事件記錄，配變終端在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，諧波計(jì)算等操作需要較大臨時緩存空間，同時以及其他用戶電能表信息，這就需要配置存儲器和RAM,保證數(shù)據(jù)的存儲和緩存。配變終端工作環(huán)境惡劣，為了提高配變終端抗干擾能力，設(shè)計(jì)中增加了看門狗和復(fù)位電路。為了提高主控芯片STM32F429的運(yùn)行效率解決與外部設(shè)備速度匹配問題，使用CPLD為LCD、按鍵和指示燈的提供驅(qū)動。同時為了便于現(xiàn)場維護(hù)和操作主控板設(shè)計(jì)有RS232電路和USB2.0接口。SDRAMV―?VNANDFLASHVSDRAMV―?VNANDFLASHV—?主控芯片(STM32F429)V復(fù)位、看門狗V—>V?USB2.0接口-RS232接口3.2.1鍵盤和顯示電路設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)時，為了使操作簡單，采用獨(dú)立式的鍵盤結(jié)構(gòu)。獨(dú)立式結(jié)構(gòu)是由I/O口線所組成的單個按鍵電路，每一個按鍵都是單獨(dú)占用一根I/O口線，某個按鍵的工作對于另外I/O口線的狀況不會有影響。獨(dú)立式的按鍵電路結(jié)構(gòu)簡單，配置靈活。圖3-10鍵盤接口電路配變終端采集數(shù)據(jù)是顯示模塊主要顯示的數(shù)據(jù)。采用160*160點(diǎn)陣型LCD模塊TG160160B-18L,采用并行接門。U14L4JD-GNR1LCDRS2GNULX31WR3RSLCDRD4XVRL￡3)CSSRDLTDRSI6CSLODJV37RSTDHC8VDC9DBCDB210DBl(Wi311DB2DH412DB3DB513DB4［洶!4DB5DB115DB6LHIJ-16DB717L.CD-3V318LED-NC■cr\_iLED*TGI60160BI8L圖3-11LCD接口電路3.2.2存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)根據(jù)配變終端設(shè)計(jì)需求，使用一片NANDFLASH(K9F1G08U0A)作為數(shù)據(jù)存儲器，兩片SDRAM(W9825G6DH)作為數(shù)據(jù)緩存器，存儲擴(kuò)展電路如圖3-12所示。

CLKOUTtCKEOUTttDYCKDOMOUTCDOXKJUTIaCAS血普swl-^"Ui2>1Hnnil(kJ頃IInOYgitTOMin32>M\_XAlCLKOUTtCKEOUTttDYCKDOMOUTCDOXKJUTIaCAS血普swl-^"Ui2>1Hnnil(kJ頃IInOYgitTOMin32>M\_XAl\Al\111Ad"Al'A2、A3、Ad指RA?AHMAlflAllAI2BA(!BAIvssvssvssvsscvssqvssyVSSQ麗25G6IMIIKXJl)QIIXJ2l)Q3IKMIXJ5IXJ6\WIX；MIAOAlA2A3AdMMA7AHMA1<1-All川—23>4s>67x^ul，~3—swwwwwwwwww""叫a”x;l3.2.3復(fù)位和看門狗電路設(shè)計(jì)為了提高主控芯片STM32F429抗擾能力，設(shè)計(jì)時使用外部復(fù)位電路和看門狗電路。如圖3-13所示。硬件看門狗芯片采用SP690低電平復(fù)位芯片，提供看門狗保護(hù)功能以及供電電壓檢測報警功能。SP690芯片復(fù)位時間為1.6s,低電壓檢查閾值為1.25V。STM32F429通過I/O口向SP690的WDI引腳提高喂狗信號。如果WDI引腳一直保持高電平或者低電平時間超過1.6秒，這是SP690內(nèi)部定時器溢出，使RESET引腳輸出低電平復(fù)位。電源電壓可以對報警功能進(jìn)行檢測，在通過6.2K與2.2K的電阻分壓后，5V的電源電壓將輸入到SP690的PFI引腳，若外部電源斷電或有電源電壓故障出現(xiàn)，當(dāng)PFI引腳的電壓減小到比1.25V小時,PFO將會從高電平轉(zhuǎn)變成低電平，觸發(fā)STM32F429的外部中斷，STM32F429進(jìn)入掉電運(yùn)行狀態(tài)，此時STM32F429會立即將重要數(shù)據(jù)保存起來。VbatiVouiVccKI-STR119RnRFXF.TWDHMJX6WDIVbatiVouiVccKI-STR119RnRFXF.TWDHMJX6WDIPFOGNU圖3-13看門狗和復(fù)位電路3.2.4RS232接口和USB接口電路RS232接口電路由STM32F429的UART外設(shè)轉(zhuǎn)換而來，配變終端RS232接口主要用于可用于現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)，使用三線制，其數(shù)據(jù)傳輸速率為2400bpso美國電子工業(yè)協(xié)會EIA(ElectronicIndustryAssociation)制定了RS232的串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)采用SP3232EEY-L/TR實(shí)現(xiàn)STM32F429的串口TTL邏輯電平和RS232邏輯電平的雙向轉(zhuǎn)換，如圖3?14所示。配變終端使用USB-H0ST接口電路用于操作U盤數(shù)據(jù)用于終端數(shù)據(jù)存儲和程序升級。

3.3進(jìn)線交采板電路設(shè)計(jì)進(jìn)線交采板包含電壓互感器、電流互感器和電能計(jì)量芯片，重點(diǎn)采集JP柜進(jìn)線端的三相電壓與電流，利用電能計(jì)量芯片計(jì)算電參數(shù)，包括電壓和電流有效值、視在功率、有功功率、頻率等，為主控單元提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。3.3.1電壓和電流信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)為了提高配變終端的可靠性和安全性，本設(shè)計(jì)使用互感器隔離模式，使不存在直接相關(guān)的電信號，從而實(shí)現(xiàn)對電路中的元器件和芯片的保護(hù)；此外,是為了達(dá)到電能計(jì)量芯片更好的計(jì)量準(zhǔn)確度。如圖3-15,如圖3-16所示±0.7Vp是ATT7022E的電壓通道輸入范圍，故在進(jìn)行ZMPT101B電壓互感器的挑選時，以2mA/2mA的規(guī)格作為選擇。以標(biāo)準(zhǔn)電壓AC220V作為例子，220V/2mA=110K應(yīng)該是限流電阻的電阻值，而采用串聯(lián)2個57K的電阻可以降低電阻的功耗。把電流信號經(jīng)過采樣電阻轉(zhuǎn)變成電壓信號，并傳送給ATT7022E芯片。以500作為采樣電阻，可以達(dá)到ACO.IV左右的電壓信號，在電壓通道的輸入端輸入ATT7022EoATT7022E電流通道輸入范圍土0.7Vp,0.IV是電流信號的普遍數(shù)值，其電路采取的通常是型號為ZMCTI16A的電流互感器，5A/2mA是其主要規(guī)格，50歐是其采樣電阻值，通過電阻的阻礙作用將通路上的電流信號經(jīng)過轉(zhuǎn)化變?yōu)?.IV的電壓信號，并連接到ATT7022E電流互感器的輸入端。使用低通濾波的方式來形成電路，通過阻容濾波電路來使高次諧波分量過濾開來，使其出現(xiàn)抗混疊的功能。R3OIS3O4ZMPTIOIBrl<M2WSS3O5ZMPTIOIBrT2VMZ2NS:C3O30.01uF0.0luF3020.01uF0H>斐3尖赤I"S3O6ZMPTIOIBKis4>K309={=(S3O4ZMPTIOIBrl<M2WSS3O5ZMPTIOIBrT2VMZ2NS:C3O30.01uF0.0luF3020.01uF0H>斐3尖赤I"S3O6ZMPTIOIBKis4>K309={=(306W)luFS3O111a23S3O111a23ZMC'TII6A圖3-16電流信號調(diào)理電路圖C3O7O.O1uFC3O?0.01uFC311=C3120.01S3O111a23ZMC'TII6A圖3-16電流信號調(diào)理電路圖C3O7O.O1uFC3O?0.01uFC311=C3120.01111().0I主控芯片STM32F429和ATT7022E經(jīng)由SPI接口產(chǎn)生通信，同時STM32F42經(jīng)過SPI接口來向電能計(jì)量芯片發(fā)送系列校表數(shù)據(jù)，從而校準(zhǔn)不同測量參數(shù)，并且使電能計(jì)量芯片在寄存器中采集的數(shù)據(jù)被準(zhǔn)確讀取。由于SPI傳輸信號線在物理狀態(tài)下回出現(xiàn)抖動與被干擾的情況，因此串聯(lián)一個電阻值較小的電阻在SPI信號線上是十分必要的。同時與IC輸入端的寄生電容C與這個電阻連接起來能夠形成一個低通濾波器，將SPI接口信號上產(chǎn)生的震蕩消除掉，并且結(jié)合實(shí)驗(yàn)的具體情況來合理使用100Q電阻。選3pF的電容。DINDOUTRESETSCLKSIGcsSELOSCIOSCOTESTDINDOUTRDINDOUTRESETSCLKSIGcsSELOSCIOSCOTESTDINDOUTRESET~SCLK.SIG35CS1GNDC3493p3.4出線交采板電路設(shè)計(jì)出線交采板包括三組電能計(jì)量電路，可以采集JP柜（配電房）三路輸出端的電能參數(shù)。和進(jìn)線交采板一樣使用專用電能計(jì)量芯片ATT7022E測量相關(guān)數(shù)據(jù)。3.5電源板電路設(shè)計(jì)根據(jù)配變終端設(shè)計(jì)需要，電源使用三線四線全波整流的開關(guān)電源方案，電源輸入端任意兩根線有電均能正常工作。電源輸出用三路分別為：5V,12V,15V。5V電源為主要為主控系統(tǒng)供電；給外部設(shè)備進(jìn)行供電的電源主要是12V電源；其他模塊或者擴(kuò)展載波模塊使用的電源為15V電源，見下圖3-18圖3-18電源模塊基本原理示意圖:主圭ij士rME金一?4?，l(l:M圖3-18電源模塊基本原理示意圖:主圭ij士rME金一?4?，l(l:Mltl?x22242?2>.M.l:.u.w”4<4244&4>5<5;Mse9K/?9—JSJgllIJl?l:K2l2*2*>K>lA?'t?l:M4l4*4<4:，sl5?s!￡?lt:m=±ii言1—?根據(jù)配變終端設(shè)計(jì)需要，配變終端設(shè)計(jì)3路RS485接口和4路遙控輸出°為了提高抗干擾能力，輸入輸出接口均使用光耦隔離。如圖3-19所示。AbstractInthispaper,wefocusonthedistributionautomationsystem,andcarryoutadeeperandmoredetailedanalysis,andelaborateonthewideapplicationstatusofthedistributionterminalintheworld.Basedonthedistributionterminalanditsdiversifiednationalstandards,thispaperfinallydeterminestherelatedfunctionsandmanytechnicalindicatorsinvolvedinthedistributionterminal.Basedonthecurrentdomesticdistributionterminaltechnologysolutions,theintelligentdistributionterminalisdesignedasfollows:Amongthem,theSTM32F429isusedasthecoreprocessor,andthepoweracquisitionchipissettotheATT7022Emodel,whichsupportsseveraltypesofcommoncommunicationmethods.Secondly,inthedistributionterminal,themainselectionofthediscreteboardtypestructure,thatis,themaincontrolboard,theinputanditsoutputcontrolboard,etc.,areconnectedthroughthebusboard,andthehardwarecircuitdesignofeachmoduleisdiscussedindetail,andtheprintedcircuitboardisintroduced.Hardwareanti-jammingtechnologyusedindesignflowandterminaldesign.Intheend,thispaperfocusesontheelectricparametermeasurementtheory,carriesoutfurtherin-depthresearch,andimplementsthecorrespondingharmoniccalculationbasedonthefastFouriertransformtodesignmanysoftwareprograms.Inthisperiod,thispapermainlythroughthemodulardesignmethod,toachievepowerdataacquisition,harmonicmonitoring,human-computerinteraction,communicationandotherfunctions.Atthesametime,thispapersetsthehostmodeastheSPIdrivertoreadthevariousenergydataexistingintheATT7022Eregister;andselectsthe2-FFTalgorithmbasedontimeextractiontoanalyzethe2~21inthegrid.Subharnionicamplitude.BasedonthedevelopmentofbuttonandLCDdisplayprogram,thescientificandperfectLCDmulti-levelmenuisdesigned,andtheprogramisinterpretedbyreal-timecurve.Inaddition,theGPRScommunicationprogramisalsodesigned.Thecomputermonitoringsoftwareadoptsthe376.1protocol,andusestheGRPS

圖3-19圖3-19遙控和RS485板原理圖圖3-19遙控和RS485板原理圖3.7電容投切和模擬量采集板電路設(shè)計(jì)圖3-19遙控和RS485板原理圖根據(jù)配變終端設(shè)計(jì)需要，配變終端設(shè)計(jì)有電容投切電路和模擬量采集電路。模擬量采集電路可以配合熱敏電阻測量變壓器和柜體溫度，使用STC12C5410AD單片機(jī)為采樣芯片。如圖3-20所示。圖3-20電容投切和模擬量采集板原理圖

3.8GPRS通信板電路設(shè)計(jì)圖3-20電容投切和模擬量采集板原理圖根據(jù)配變終端設(shè)計(jì)需要，采用GPRS模式實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程主站通信。根據(jù)使用方式和性價比角度考慮，決定采用的模塊是深圳有方科技公司提供的M590E模塊的GPRS模塊，其屬于GPRS/GSM工業(yè)級無線模塊，能夠?yàn)橛脩籼峁?shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及短信等功能，可以使用標(biāo)準(zhǔn)AT指令集。圖3-21GPRS模塊電路原理圖3.9本章小結(jié)圖3-21GPRS模塊電路原理圖本章首先對配變終端硬件電路進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，接著詳細(xì)闡述每個模塊硬件電路設(shè)計(jì)。4配電終端操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案4.1配電終端軟件編譯環(huán)境的介紹和配置當(dāng)前STM32芯片使用比較多的編譯環(huán)境有IAR編譯器和MDK編譯器。Keil在國內(nèi)外有享有盛名，是德國一家知名的以前被稱為Keil,現(xiàn)在被ARM公司合并的軟件開發(fā)公司開發(fā)的一個微軟控制器軟件平臺，專門為了開發(fā)軟件使用。其包含了仿真調(diào)試器、庫管理、連接器、宏匯編以及C編譯器為一體的整套開發(fā)方案，使用uVision這個開發(fā)環(huán)境將所有的功能集合在同一個平臺。uVision5是目前為止uVision的最高版本，十分強(qiáng)大，同時在MDK編程的開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行對CoOS系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)即方便又快捷。用MDK編譯環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的簡單操作如下：先準(zhǔn)備好標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫，打開MDK軟件，在project中點(diǎn)擊NewuvisionProject新建一個工程。創(chuàng)建完成后，程序提示我們選擇你所使用的芯片，這里選擇的是STM32F429。SelectDeviceforTarget*TargetT..?X[SoftwarePacks刁Vendor:STMicroelectronicsDevice:STM32F103VEToolset:ARMSearch:|stm32f103ve~STMicroelectronicsSTMicroelectronicsSTMicroelectronicsSTM32F1SeriesSTM32F103STM32F103VEDescription:STMicroelectronicsSTM32F1SeriesSTM32F103STM32F103VESTMaoetectronics'STM32F1senesofmainstreamMCUscoverstheaneedsofalargevarietyofappicationsintheindustrial,medicalandconsumermarkets.Hghperfonnancewthfrst-dasspenpherafcandlow-po^w.low-voltageoperationispairedwithahighlevelofintegrationataccesstolepneeswithasimplearchitectureandeasy-to-usetools.Typicalapplcabonsindudemotordnvesandapplicationcontrol,medcalandhandheldequpment.industrialapplications.PLCs,inverters,prtnten.andscanner,alamisystems,videortercom.HVACandhomeaudioequipmentLCDparaldnteftace.8080/6800modes5V^olerantI/Os-TimervsithquadratureOncremental)encodernput添加文件到工程中。

彖幽◎@做|削s彖幽◎@做|削stm32ed冬Project:stm32i-stm320一iSTARTUP□System乙LibQUSRReadmeQAddFilestoGroup'STARTUP'哥流國(I)：ISTARTUP名稱startup_stm32f10x_hd.s修改日期類型2011/3/1010:52S文件AddAdd文彳^S(N):15tartup_stm32f10x_hd.s4.2CoOS系統(tǒng)移植AddCoOS是專門針對于ARMCortex-M系列設(shè)計(jì)和優(yōu)化的一款可剪裁的多任務(wù)實(shí)時內(nèi)核，移植簡單快捷，下面把如何將CoOS移植到STM32工程中做簡單介紹。將CoOS文件夾中的kernel和portable兩個文件夾全部拷貝到工程文件夾中，并將兩個文件夾中.c文件添加到MDKI程中。打開OsConfig.h文件，配置信號量、互斥量、消息隊(duì)列、消息郵箱等功能為開。按照以上步驟，將CoOS移植成功，接下來就在main函數(shù)中創(chuàng)建用戶需要的任務(wù)，系統(tǒng)便能正常運(yùn)行。4.2配變終端軟件框架為了使系統(tǒng)維護(hù)和管理更加方便，本此設(shè)計(jì)終端軟件時將使用模塊化設(shè)計(jì)任務(wù)的方案，將其按照不同功能進(jìn)行相應(yīng)的任務(wù)劃分，把代表每…種功能的模塊定義為不同的系統(tǒng)任務(wù)。同時核心任務(wù)模塊將對所有不同功能模塊之間的任務(wù)與通信進(jìn)行調(diào)節(jié)，并使不同任務(wù)間的耦合降低，減少彼此影響的程度，便于維護(hù)和升級軟件，下圖5-1是系統(tǒng)軟件框圖。初始化任務(wù)核心任務(wù)電能采集計(jì)量任務(wù)人機(jī)交互任務(wù)諧波測量任務(wù)遙信信號采集任務(wù)斷路器數(shù)據(jù)采集任務(wù)電能表數(shù)據(jù)采集任務(wù)GPRS通信任務(wù)圖5-1系統(tǒng)軟件框圖初始化任務(wù)模塊：CoOS實(shí)時操作系統(tǒng)創(chuàng)第一個任務(wù)，主要功能是初始化整個系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的各種資源，包括硬件初始化和功能模塊任務(wù)初始化，硬件初始化包括GPIO、TIME、SPI、UART、DMA、USB、FMC等相關(guān)硬件接口進(jìn)行初始化工作，在功能模塊進(jìn)行初始化后便可以使其完成模塊配置相關(guān)參數(shù)的初始化任務(wù)，比如電能數(shù)據(jù)采集計(jì)量模塊初始化完成ATT7022E芯片相關(guān)校表參數(shù)的配置等工作。電能采集計(jì)量任務(wù)模塊：采集配電變壓器輸出端和配電柜各輸出分支的頻率、視在功率、無功功率、有功功率、有功電流、三相電流值以及三相電壓值，主控芯片STM32F429可以通過SPI接口直接讀取ATT7022E寄存器中電參數(shù)數(shù)據(jù)。人機(jī)交互任務(wù)模塊：處理液晶顯示與使用按鍵輸入是其最主要的任務(wù)，通過按鍵輸入程序來檢測按鍵的運(yùn)行狀態(tài)，并參照取鍵值執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，因此液晶顯示程序?qū)⒏鶕?jù)用戶的操作實(shí)時顯示用戶關(guān)注的配變終端相關(guān)數(shù)據(jù)。諧波測量任務(wù)模塊：計(jì)算出電網(wǎng)中電壓、電流諧波的含量和幅值。GPRS通信任務(wù)模塊：主要完成主站通信任務(wù)。電能表數(shù)據(jù)采集任務(wù)模塊：通過RS485采集三相電能表數(shù)據(jù)。斷路器數(shù)據(jù)采集任務(wù)模塊：通過RS485采集剩余電流斷路器數(shù)據(jù)遙信信號采集任務(wù)模塊：采集配變終端進(jìn)出線開關(guān)等電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)信息。電容投切任務(wù)模塊：根據(jù)功率因數(shù)完成電容相關(guān)投切。配變終端開機(jī)時首先啟動初始化任務(wù)，為后續(xù)任務(wù)模塊運(yùn)行提供合適運(yùn)行環(huán)境。核心任務(wù)模塊負(fù)責(zé)各個功能模塊之間通信和任務(wù)協(xié)調(diào)。GPRS通信任務(wù)模塊監(jiān)測配變終端與主站通信，如果有數(shù)據(jù)，從中分離出符合1376.1協(xié)議數(shù)據(jù)幀，根據(jù)對數(shù)據(jù)幀解析完成，并把需要進(jìn)行相應(yīng)操作通過郵箱發(fā)給核心模塊，由核心模塊協(xié)調(diào)相關(guān)操作，如控制剩余電流斷路器合分閘、向主站發(fā)送電能參數(shù)、設(shè)置配變終端相關(guān)運(yùn)行參數(shù)等操作。人機(jī)交互任務(wù)模塊通過檢查按鍵狀態(tài)，使其順利執(zhí)行人機(jī)交互相關(guān)的任務(wù)，比如使用按鍵功能來達(dá)成切換菜單的目的或者設(shè)置終端數(shù)據(jù)等操作，同時將相關(guān)數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示器上，如電能數(shù)據(jù)、曲線數(shù)據(jù)等。電能采集計(jì)量任務(wù)模塊一秒鐘采集一次電網(wǎng)三相電流和電壓，并將原始數(shù)據(jù)發(fā)給核心任務(wù)模塊，同時核心任務(wù)模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給諧波測量任務(wù)模塊，對采集電流和電壓數(shù)據(jù)做FFT變換計(jì)算電網(wǎng)諧波幅值。電能表數(shù)據(jù)采集任務(wù)模塊每一分鐘采集一次三相電能表數(shù)據(jù)。4.2電能采集計(jì)量任務(wù)模塊程序設(shè)計(jì)ATT7022E通過將電路網(wǎng)中的電壓與三相電流處理之后，STM32F429可以借助SPI接口獲取如頻率、功率因素、視在功率、無功功率、有功功率以及電流電壓有效值等數(shù)據(jù)。系統(tǒng)首先對STM32F429的外端SPI接口開始初始化工作，其中有控制器工作模式、數(shù)據(jù)長度、總線類型、串行時鐘速率的設(shè)置等。ATT7022E在SPI通路中的通訊格式為發(fā)送8位命令，后面是LSB,前面是MSB,一共有24位數(shù)據(jù)，其中具體格式在后文做出了詳細(xì)解釋：Bit6???0：即代表寄存器地址。Bit7：1即代表命令的編輯功能，ATT7022E寄存器的數(shù)據(jù)被外部MCU寫入。Bit7：0即代表命令的讀取功能，常用在ATT7022E寄存器的數(shù)據(jù)被外部MCU讀取。ATT7022E的SPI_SCLK速率最高為10MHz,當(dāng)SCLK頻率低于500kHz時，不需要等待時間，即等待時間為OuS；當(dāng)SCLK頻率高于500kHz時，則需要等2uS,圖5-3為ATT7O22E電能數(shù)據(jù)采集流程圖。SP1接口初始化開始AU7022E初始化SP1接口初始化開始ATT7022E片選寫入讀取命令N0延時SCLK低T500KN0延時讀取寄存器數(shù)據(jù)圖5-3電能數(shù)據(jù)采集流程圖Fig.5-3TheFlowchartofEnergydatacollection電能采集計(jì)量任務(wù)每隔1秒鐘讀取一次ATT7022E電能參數(shù)，主控芯片STM32F429為SPI主機(jī)，ATT7022E為從機(jī)，根據(jù)ATT7022E芯片SPI時序要求，讀取ATT7022E寄存器中數(shù)據(jù)時，需先發(fā)送待讀取的寄存器地址，再發(fā)送一個nop(任意值)，SPI從機(jī)ATT7022E將寄存器數(shù)據(jù)發(fā)送給STM32F429,同樣STM32F429向指定ATT7022E寄存器寫數(shù)據(jù)時，同樣需先寫發(fā)送待寫入數(shù)據(jù)的寄存器地址，然后再發(fā)送需要寫入的數(shù)據(jù)，ATT7022E讀寫函數(shù)如下：unsignedintRead_AND_Writc_Spi(unsigncdcharcom,unsignedintdata)(unsignedchari;unsignedinttenp;data=0;CS=1;SCLK=O;CS=O;for(i=0;i<8;i++){SCLKF;if(com&0x80)(MOS1=1;1eIse{MOS1=0;}SCLK=O：com?=1;1deIay⑶；for(i=0;i<24;i++)(SCLK=1;if(data&0x8000)(MOS1=1;}eIse(MOSI=O;)data?=1;if(MISO)temp+=1;temp<<=1;SCLK=O：1CS=1;returntemp;14.3諧波監(jiān)測任務(wù)程序設(shè)計(jì)諧波將會帶來極為嚴(yán)重的后果，不僅能夠影響到電能的產(chǎn)量與正常傳輸,而且能夠造成電氣設(shè)備過熱，引發(fā)不必要的噪音。與此同時，還會加快絕緣老化的速度，有效降低實(shí)際使用壽命。除此之外，諧波還能造成電力系統(tǒng)的局部出現(xiàn)串聯(lián)或者并聯(lián)諧振的現(xiàn)象，從而使得諧波含量被不斷擴(kuò)大，將很有可能直接造成電容器等諸多設(shè)備的損害。由此能夠得知，針對電力系統(tǒng)諧波分量的監(jiān)測尤為重要。電力系統(tǒng)的諧波分析，通常是通過快速傅里葉變換(EFT)實(shí)現(xiàn)。STM32F4的Cortex-M4內(nèi)核不僅內(nèi)置硬件FPU單元，還支持DSP多種指令集，比如支持單周期乘加指令(MAC)、優(yōu)化的單指令多數(shù)據(jù)指令(SIMD)等。因此Cortex-M4執(zhí)行所有的DSP指令集都可以在單周期內(nèi)完成，而Cortex-M3和M0需要多個指令和多個周期才能完成同樣的功能。比如開方運(yùn)算，M3和M0只能通過迭代法(標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)函數(shù)庫)計(jì)算，而M4F直接調(diào)用VSQRT指令完成。使用STM32官方提供的DSP庫進(jìn)行FFT,雖然在使用上有些不靈活(因?yàn)樗腔?的FFT,所以FFT的點(diǎn)數(shù)必須是4An)，但其執(zhí)行效率確實(shí)非常高效，以64點(diǎn)FFT運(yùn)算為例，所需時間小于100uso諧波監(jiān)測程序采用STM32官方DSP庫提供的FFT算法(arm_cfft_radix4_f32)計(jì)算電網(wǎng)諧波。本設(shè)計(jì)將電網(wǎng)三相電壓和三相電流，經(jīng)常AD采樣得到電壓和電流數(shù)據(jù)，然后對采樣數(shù)據(jù)做FFT變換，計(jì)算出信號中各次諧波幅值，圖5-5為諧波分析流程圖。由于需要分析諧波次為21次,每個周波至少采集63點(diǎn)，因?yàn)椴捎脮r間抽取基4-FFT算法，則采樣點(diǎn)數(shù)取64點(diǎn)。交流電頻率為5()Hz,系統(tǒng)采用頻率fs為3.2K，信號分辨率為5()Hz。開始輸入序列調(diào)用FFT函數(shù)▼結(jié)果輸出圖5-5諧波分析流程圖FIG.5-5TheFIowChartofHarmonicanalysis4.4人機(jī)交互任務(wù)模塊程序設(shè)計(jì)4.4.1按鍵程序設(shè)計(jì)為了簡化程序復(fù)雜度，使用掃描方式檢查按鍵狀態(tài)。配變終端使用的按鍵，通常表現(xiàn)為輕觸機(jī)械開關(guān)，其按鍵接點(diǎn)主要表現(xiàn)為斷開狀態(tài)，在操作按壓按鈕的過程中，因?yàn)闄C(jī)械觸點(diǎn)存在一定的彈性作用，故此，按鍵開關(guān)在開閉的過程中，會有一個緩慢的過程，并伴隨著持續(xù)的抖動現(xiàn)象，雖然己經(jīng)在硬件上加了去抖電路，但是為了按鍵檢測的可靠性在程序中增加了去抖功能，在連續(xù)檢測到按鍵按下時，則認(rèn)為按鍵按下，按鍵掃描程序返回鍵值。按鍵程序流程圖詳見圖5-6。moduletocommunicatewiththedistributionterminaltorealizeon-linemonitoringoftheoperatingparametersandharmonicsofthepowergridequipment.KeyWords:DistributionAutomation；DistributionTransformerTerminal；EnergyAcquisition；FFT;TheMonitoringSystem圖5-6按鍵程序基本流程示意圖Fig.5-6TheFlowchartofthekeyprogram對于掃描按鍵程序代碼而言，大致如下：unsignedcharKeyScan()(staticunsignedcharkey_state=0,key_va!ue,keyoff,key_onoff_flag;unsignedkey_return=O;unsignedinitemp1;tempi=GPIO_RcadhputDataBit(GPIOD,GPIO_Pin_2)|(GPIO_ReadnpulDataHt(GPIOC,GPIO_Pin_12)?1)|(GPlO_RcadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_ll)?2)|(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_10)?3)(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_15)?4);switch(key_state){case0:key_value=templ&0x1f;if(key_value!=Oxlf)(key_state++;}break;case1:if(key_value==(tempI&0xIf))(kcy_state++;)else(key_state—;)break;case2:if((templ&0x1F)==OxIF){key_state=O;switch(key_value)(caseOxOF:key_return=enter;break;caseOXID:kcy_rcturn=csc;break;case0X17:key_return=up;break;case0x1E:key_return=down;break;case0x1B:key_return=onoff;break;default:break;}}break;dcfault:brcak;returnkey_return;)該函數(shù)每隔10ms調(diào)用一次，連續(xù)檢測到2次為正常按鍵按下，同時需在按鍵彈起時返回按鍵值。LCD顯示程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)使用顯示屏為TG160160B-18L,工作電壓為+3.3V、寬溫工作-20°C到+70笆、點(diǎn)陣數(shù)為160*160,其具體引腳，詳見圖5-1：圖5-1TG160160B-18L引腳Table.5-1ThePinoftheTG160160B-18L編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源負(fù)10DB2數(shù)據(jù)引腳2AO寄存器選擇輸入11DB3數(shù)據(jù)引腳3WR讀寫選擇信號12DB4數(shù)據(jù)引腳4RD讀寫使能13DB5數(shù)據(jù)引腳■CS使能信號14DB6數(shù)據(jù)引腳6RST復(fù)位15DB7數(shù)據(jù)引腳7VDD電源正16LED-背光源負(fù)極8DBO數(shù)據(jù)引腳17NC懸空9DB1數(shù)據(jù)引腳18LED-背光源正極對于TG160160B-18L而言，其具體操作大致如下：寫入指令：輸入指令：XCS=L,A0=L,RD=H,WR=L,D0-D7=指

令碼,WR=H;輸出指令：暫無。寫入數(shù)據(jù)：輸入數(shù)據(jù)：XCS=L,AO=H,RD=H,WR=L,DO?D7=數(shù)據(jù)，WR=H,XCS=H;輸出數(shù)據(jù)：暫無。其中L表示低電平，H表示高電平。對于液晶顯示器來說，當(dāng)其完成上電時，應(yīng)該首先進(jìn)行初始化操作，才能實(shí)現(xiàn)顯示，其初始化過程中的具體步驟大致如下：write,writewritewritewritewritewritewritewritewritewritewritewritewritecomand_to_lcd(0xE2);//寫指令0xe2,系統(tǒng)復(fù)位comand_to_lcd(0xc9);〃寫指令0xc9,設(shè)置LCD偏壓比comand_tojcd(0x81);//寫指令()x8,設(shè)置VOP指令comand_to_lcd(()xe8);//寫指令0xe8,設(shè)置VOP具體數(shù)值comand_to_lcd(()xaf);//寫指令Oxaf,顯示使能comand_tojcd(0xf4);//寫指令0xf4,0x25,設(shè)置顯示窗口最左邊第comand_tojcd(0x25);一條豎線對應(yīng)IC的SEG位comand_to_lcd(0xf5);//寫指令Oxf5,0x00,設(shè)置顯示窗口最上邊第comand_tojcd(0x00);一條橫線對應(yīng)IC的COM位置comand_to_lcd(0xf6);//寫指令0xf6,0x5A,設(shè)置顯示窗口最右comand_to_lcd(0x5A);邊最后一條豎線對應(yīng)IC的SEG位置comand_to_lcd(0xf7);//寫指令0xf7,write,writewritewritewritewritewritewritewritewritewritewritewritewritewrite_comand_to_lcd(Oxd1);//寫指令Oxdl,設(shè)置色彩樣式writc_comand_to_lcd(0xd5);//寫指令Oxd5,設(shè)置色彩模式write_comand_to_lcd(0xC4);//寫指令0xc4設(shè)置LCD屏和ICRAM關(guān)系4.4.3功能菜單程序設(shè)計(jì)對于該系統(tǒng)而言，其所涉及到的菜單，重點(diǎn)選擇多級嵌套形式，通過6個按鍵彼此之間的協(xié)調(diào)配合，表現(xiàn)出極為良好的LCD菜單功能。在菜單程序的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，最為重要的部分，即為不同菜單的依次切換，其具體設(shè)計(jì)過程大致如下：首先，基于實(shí)際需求，構(gòu)建出合理結(jié)構(gòu)，并設(shè)定結(jié)構(gòu)變量KbdTabStructo實(shí)際上，結(jié)構(gòu)變量就是諸多單一變量的組合，而單一變量則代表結(jié)構(gòu)元素。通常情況下，結(jié)構(gòu)變量中會涉及到8個結(jié)構(gòu)元素，即7個字符型及其1個指針變量。其中，7個字符型變量主要代表相關(guān)按鍵的對應(yīng)索引號，而1個指針變量主要代表需要執(zhí)行的函數(shù)。8個結(jié)構(gòu)元素組成了結(jié)構(gòu)數(shù)組，在該數(shù)組中能夠?yàn)樗械牟藛雾?xiàng)，編制獨(dú)立性函數(shù)。此外，還能基于菜單的實(shí)際嵌套順序，對菜單項(xiàng)的依次索引號，進(jìn)行細(xì)致排列。其基本程序詳見下述內(nèi)容：typedefstructfucharKeyStaleindex;〃當(dāng)前狀態(tài)索引號ucharKeyLeftState;〃按下“左”鍵時轉(zhuǎn)向的狀態(tài)索引號ucharKeyRightState;〃按下“右”鍵時轉(zhuǎn)向的狀態(tài)索引號ucharKeyDnState;〃按下"下”鍵時轉(zhuǎn)向的狀態(tài)索引號ucharKeyUpState;〃按下“上”鍵時轉(zhuǎn)向的狀態(tài)索引號ucharKeyCrState;//按下“回車”鍵時轉(zhuǎn)向的狀態(tài)索引號ucharKeyBackState;〃按下“退回”鍵時轉(zhuǎn)向的狀態(tài)索引號void(*CurrentOperate)();〃當(dāng)前狀態(tài)操作}KbdTabStruct;#defineSIZE_OF_KEYBD_MENU55//菜單總長度KbdTabStructcodeKeyTab[SIZ或OF_KEYBD.MENU]=((0,0,0,1,0,0,0,(*MainJobl)},{l,7,2,8,0,0,0,(*DspPoint)},//第一層{2,l,3,8,0,0,0,(*DspCurve)),〃第一層(3,2,4,36,0,0,0,(*DspKout)),〃第一層{4,3,5,50,0,0,0,(*DisCloseDown)},〃第一層{5,4,6,8,0,0,0,(*ModifyPoint)},〃第一層(6,5,7,52,0,0,0,(*SetCIoseDown)},〃第一層{7,6,1,0,0,0,0,(*Cancel)},〃第一層{52,53,53,0,l,0,0,(*OkSetCloscDownl)},{53,52,52,0,1,0,0,(*OkSetCloseDown2)(,{54,0,0,(),(),0,0,(*Disable)},1；voidGetKeyInput(unsigncdcharkey)switch(key)〃回車鍵(caseOxeO:KeyFuncIncbx=KeyTabfKeyFuncIncbx].KeyCrSt<te;break;caseOxbO:〃向卜鍵KeyFuncIncfex=KeyTab[KeyFuncIncbx].KeyDn2Stite;break;caseOxdO:〃向上鍵KeyFuncIncfex=KeyTab[KeyFuncIncbx].KeyUp2State;break;case0x70:〃回退鍵KeyFuncIncbx=KeyTab[KeyFuncIncbx].KcyBack2State;break;caseO;return;，錯誤的處理break;}KeyFuncPtr=KeyTab[KeyFuncIncbx].CurrentQ)erate;(*KeyFuncPt。()；〃執(zhí)行當(dāng)前的按鍵操作14.5外部通信相關(guān)程序設(shè)計(jì)4.5.1串口驅(qū)動程序設(shè)計(jì)STM32F429有4個UART和4個USART,配變終端USART1用于擴(kuò)展RS232接口，完成終端調(diào)試功能；USART2接GPRS模塊，實(shí)現(xiàn)終端與遠(yuǎn)程主站通信；UART4、UART5、USART6用于擴(kuò)展3路RS485接口，分別接三相電能表、剩余電流斷路器、智能電容器。通常情況下，串口驅(qū)動程序設(shè)計(jì),將主要取決于外設(shè)關(guān)系，如果外設(shè)關(guān)系存在差異性，則串口驅(qū)動程序也將隨之變化。在本章節(jié)中，主要基于USART1串口驅(qū)動程序，針對串口驅(qū)動程序的基本設(shè)計(jì)流程，進(jìn)行更深層次的細(xì)致闡述。本設(shè)計(jì)主要通過中斷方式，來完成USART數(shù)據(jù)的收放。對于STM32F429串口驅(qū)動程序而言，其主要涉及到串口初始化函數(shù)及其UART數(shù)據(jù)接收函數(shù)等。串曰初始化函數(shù)voidUSART1_init(unsignedlongbaudrate)baudrate為UART工作的波特率。串口初始化函數(shù)完成使能USART1時鐘、配置GPIO引腳工作模式、數(shù)據(jù)幀格式、波特率設(shè)置、串口收發(fā)中斷等工作。中斷服務(wù)函數(shù)USARTl_IRQHandlcr(void)根據(jù)串口配置，USART使用的的中斷源是接收數(shù)據(jù)就緒可讀中斷、發(fā)送空中斷、發(fā)送完成中斷。GPRS通信程序設(shè)計(jì)配變終端為客戶端，主站為服務(wù)端，配變終端通過TCP模式與主站建立連接，并通過Q/GDW1376.1-2013規(guī)約進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。M590E通信模塊的本質(zhì)為GSM/GPRS工業(yè)無線模塊，能夠支持短信功能及其數(shù)據(jù)功能，并在其中設(shè)置了TCP/IP協(xié)議棧。事實(shí)上，主控芯片基于串H,就能將AT命令實(shí)時發(fā)送至GPRS模塊，從而實(shí)現(xiàn)初始化流程，使得其能夠通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，得到IP地址，使用TCP/IP協(xié)議和主站之間，建立良好的網(wǎng)絡(luò)連接。一般情況下，終端和主站若想成功建立連接，則應(yīng)該依次實(shí)現(xiàn)PPP連接及其TCP連接。(l)PPP連接階段主控芯片控制GPRS模塊上電，GPRS模塊正常上電初始化完成后，檢查SIM卡狀態(tài)、查看信號強(qiáng)度、網(wǎng)絡(luò)注冊、設(shè)置協(xié)議方式、設(shè)置訪問節(jié)點(diǎn)APN后發(fā)送PPP連接命令，隨后，積極構(gòu)建PPP連接。在此過程中，涉及到的AT指令大致如下：MODEM:STARTUP〃模塊上電后，開機(jī)回碼AT+CPIN?AT+CCIDAT+CSQAT+CREG?AT+XISP=()〃檢查SIM卡狀態(tài)/修取SIM卡的CCID/渣詢信號強(qiáng)度〃巳注冊上GSM網(wǎng)絡(luò)〃設(shè)置為內(nèi)部協(xié)議AT+CGDCONT=1,CMNET?〃設(shè)置APNAT+X1I81AT+XIIC?/進(jìn)行PPP^接/查詢PPPi￡接狀態(tài)+XIIC:!.10.10.73214//PPP&接已建立，IP地址是14(2)TCP連接階段當(dāng)通過TCP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時，經(jīng)歷TCP連接、數(shù)據(jù)收發(fā)及其連接釋放等三大階段。其中，在TCP連接階段中，涉及到的AT指令大致如下：AT+TCPSETUP=0.221.19967.56.6810//基于鏈路0積極構(gòu)建TCP連接AT+IPSTATUS=O//查詢鏈路狀態(tài)+IPSTATUS：0,CONNECT,TCP,2047〃返回鏈路狀態(tài)和緩沖區(qū)大小AT+TCPSEND=0.10〃在鏈路0上發(fā)送數(shù)據(jù)＞發(fā)送的數(shù)據(jù)Ok+TCPSEND:0.10+TCPSEND:0.10+TCPSEND:0.10〃數(shù)據(jù)發(fā)送成功，并返回發(fā)送數(shù)據(jù)長度AT+TCPCLOSE=0+TCPSEND:0.10〃數(shù)據(jù)發(fā)送成功，并返回發(fā)送數(shù)據(jù)長度AT+TCPCLOSE=0/,關(guān)閉鏈路0中存在的TCP連接ATT+CGATT=0ATT+ATT+CGATT=0〃關(guān)閉PPP連接終端與主站進(jìn)行通信，使用國家電網(wǎng)企業(yè)Q/GDW1376.1-2013及其Q/GDW1376.1-2013規(guī)約是電力用戶用電信息采集系統(tǒng)與主站之間通信時必須履行的通信協(xié)議，在此協(xié)議中，明確規(guī)定了系統(tǒng)主站和采集終端彼此之問，在實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸過程中的幀格式及其相應(yīng)的傳輸規(guī)則，最典型的通信方式主要包含多點(diǎn)共線以及點(diǎn)對點(diǎn)等。在Q/GDW1376.1規(guī)約中，主要闡述了異步式傳輸幀格式。實(shí)際上，該格式的定義主要涉及到報文頭、地址域及其幀信息校驗(yàn)碼等諸多元素。其中，報文頭中含有的長度L,主要通過用戶數(shù)據(jù)長度及其相應(yīng)的協(xié)議標(biāo)識，來實(shí)現(xiàn)共同組成。此外，用戶數(shù)據(jù)區(qū)主要包含控制域、地址域及其鏈路用戶數(shù)據(jù)。控制域表示報文傳輸方向和所提供的傳輸服務(wù)類型。地址域主要由終端地址、行政區(qū)碼和組地址三部分組成。鏈路用戶數(shù)據(jù)主要涉及到應(yīng)用層功能碼AFN、信息類標(biāo)識DT及其附加信息域AUX等。其中，對于AFN而言，其主要基于功能的差異性，通過AFN=(X)H?AFN=10H實(shí)現(xiàn)定義；而DA及其DT,則主要代表傳輸過程中數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合。幀校驗(yàn)和是用戶數(shù)據(jù)區(qū)所有字節(jié)的八位位組的算術(shù)和。4.6本章小結(jié)本章首先采用模塊化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)配變終端軟件架構(gòu)，分析各個模塊功能，并設(shè)計(jì)終端軟件運(yùn)行流程，接著詳細(xì)闡述電能采集計(jì)量模塊、諧波監(jiān)測模塊、人機(jī)交互模塊、通信模塊程序設(shè)計(jì)；最后介紹計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)。幺士心組本文在對配電自動化和配變終端國內(nèi)外現(xiàn)狀充分調(diào)研基礎(chǔ)上，針對目前市場上配變終端存在問題，借鑒市場上配變終端設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)智能型配變終端技術(shù)方案，深入研究配變終端數(shù)字信號處理技術(shù)，完成配變終端軟硬件設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)，主要成果如下：(1)設(shè)計(jì)以STM32F429為核心處理器，ATT7022E為電能計(jì)量芯片的智能配變終端總體方案，完成配變終端電路原理圖和PCB設(shè)計(jì)，最終完成配變終端樣機(jī)和硬件調(diào)試工作。采用時間抽取基2-FFT快速傅里葉算法分析電網(wǎng)諧波，計(jì)算出2?21次諧波幅值，將程序成功移植到配變終端平臺上，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)諧波監(jiān)測功能。設(shè)計(jì)并開發(fā)配變終端軟件程序，實(shí)現(xiàn)電能數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互、GPRS遠(yuǎn)程通信等功能：同時，還參與計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件開發(fā)，完成諧波監(jiān)測、電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、報警管理、系統(tǒng)設(shè)置等功能。由于時間有限及本人水平所限，存在以下幾點(diǎn)不足：(1)配變終端軟件和計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件只完成部分功能，需要在以后工作將系統(tǒng)完善。(2)目前前置機(jī)通信軟件只完成GPRS通信，以后還需擴(kuò)展以太網(wǎng)通信。致謝目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1緒論1\o"CurrentDocument"1.1研究背景及意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.2.1智能配網(wǎng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2\o"CurrentDocument"1.2.2配變終端(TTU)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀4\o"CurrentDocument"1.3論文研究內(nèi)容5論文主要研究內(nèi)容有：5\o"CurrentDocument"2智能配變終端總體方案設(shè)計(jì)5\o"CurrentDocument"2.1智能配變終端功能及技術(shù)指標(biāo)52.1.1智能配變終端功能52.1.2配變終端技術(shù)指標(biāo)6\o"CurrentDocument"2.2整體方案設(shè)計(jì)72.3芯片選擇82.3.1主控芯片選擇8\o"CurrentDocument"2.3.2電量計(jì)量芯片選擇9\o"CurrentDocument"2.4嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)選擇9\o"CurrentDocument"2.5軟硬件開發(fā)環(huán)境10\o"CurrentDocument"2.6本章小結(jié)11\o"CurrentDocument"3配變終端模塊硬件電路設(shè)計(jì)11\o"CurrentDocument"3.1硬件電路總體設(shè)計(jì)11\o"CurrentDocument"3.2主控板電路設(shè)計(jì)17\o"CurrentDocument"3.2.1鍵盤和顯示電路設(shè)計(jì)17\o"CurrentDocument"3.2.2存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)18\o"CurrentDocument"3.2.3復(fù)位和看門狗電路設(shè)計(jì)19\o"CurrentDocument"3.2.4RS232接口和USB接口電路20\o"CurrentDocument"3.3進(jìn)線交采板電路設(shè)計(jì)21\o"CurrentDocument"3.3.1電壓和電流信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)21\o"CurrentDocument"ATT7022E通訊電路設(shè)計(jì)22\o"CurrentDocument"3.4出線交采板電路設(shè)計(jì)23\o"CurrentDocument"3.5電源板電路設(shè)計(jì)23\o"CurrentDocument"3.6遙控和RS485板23參考文獻(xiàn)國家電網(wǎng)公司.農(nóng)網(wǎng)智能配變終端功能規(guī)范和技術(shù)條件[S].北京：中國電力出版社,2011鄧健.智能配變監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)[D].武漢：華中師范大學(xué)，2009.馬明.基于ARM的配電變壓器監(jiān)測終端(TTU)的設(shè)