基于Xilinx FPGA平臺多種能源監控系統的設計

　　引言

　　傳統的基于嵌入式平臺的電能監控系統往往具有監控的對象也過(guò)于單一、制作成本高，應用范圍窄，實(shí)用性能差等缺點(diǎn)，本文針對以上問(wèn)題進(jìn)行了詳細分析，研究并設計制作出了基于Xilinx FPGA嵌入式平臺的新型電能監控系統，利用高精度交流電能計量芯片ADE7758及直流AD串行采樣芯片ADS1110進(jìn)行交直流電能的監測，與此同時(shí)，基于XC3S700A(Spartan-3)FPGA，搭建Microblaze軟核處理器，添加必要的外設后，嵌入μC/OS-Ⅱ實(shí)時(shí)操作系統，實(shí)現基于嵌入式平臺的新型電能監控系統，采用μC/OS-II+Microblaze的應用平臺對與本中小嵌入式系統應用來(lái)說(shuō)是十分適合的。

　　系統分析

　　能源監測系統分析

　　圖1中，EMS既是設計的主體部分。能源的分配要求為：多路、多種清潔能源(風(fēng)電、光電)必須先合并為一路再輸出，同時(shí)要實(shí)現能夠隨時(shí)接入原有供電系統且被優(yōu)先使用，無(wú)論此時(shí)市電或油電是否工作，市電和柴油發(fā)電的切換必須可以很方便地操作。

　　嵌入式能源監測系統構建

　　跟據實(shí)際電能監控需求，電能監控終端系統框圖如上圖2?；赟partan-3內核的嵌入式處理器XC3S700A，由Microblaze軟核為處理器核心，添加URAT、IIC、SPI等總線(xiàn)接口，使得核心系統功能完善。處理器周?chē)胁煌挠布δ苣K，如負責信息上報的通訊模塊、負責友好人機界面的用戶(hù)UI模塊、用戶(hù)操作平臺按鍵控制模塊、以及能源測量的接入模塊等，其中能源監控系統需要完成多種能源的監控，包含了傳統能源：市電和油電(屬于交流電，并包含三相電)，以及綠色能源：風(fēng)電和光電(屬于直流電，電壓范圍為48V～58V)。為了保障能源數據監控的準確性，傳統能源采集模塊采用的是專(zhuān)用3相電能計量芯片ADE7758，電能計量精度優(yōu)于3%，綠色能源采集模塊采用的是16位串行模/數(A/D)轉換器芯片ADS1110。這兩種芯片分別采用SPI和IIC總線(xiàn)結構，這在XC3S700A上易于實(shí)現。測量的數據經(jīng)過(guò)處理器片內運算，經(jīng)系統進(jìn)一步處理，完成電能監控。