基于A(yíng)RM的直流系統接地故障檢測應用程序設計

摘要：本文提出了基于S3C44BOX的直流系統接地故障檢測裝置的設計方案，并在此裝置上實(shí)現了基于小波變換的檢測方法，并重點(diǎn)闡述了應用程序的設計。
關(guān)鍵詞：直流系統；嵌入式系統；小波變換；程序設計

0 引言
發(fā)電廠(chǎng)、變電站的直流供電系統是控制和信號系統、繼電保護及自動(dòng)裝置的工作電源，對保障電力系統安全運行是十分重要的，這就要求直流系統及其網(wǎng)絡(luò )必須具有高可靠性。當直流系統發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，應能及時(shí)找出和處理。目前，國內外基于單片機的絕緣監測裝置大多是基于傳統的平衡電橋法、低頻信號注入法等研制的，但要解決直流系統大電容接地和環(huán)網(wǎng)影響等問(wèn)題，則需要采用更為先進(jìn)的處理方法，如基于小波變換的檢測方法，而單片機有限的資源限制了這類(lèi)方法的使用。
本文通過(guò)基于ARM的嵌入式系統進(jìn)行直流系統接地故障檢測裝置的設計，并在該裝置中實(shí)現基于小波變換的檢測方法解決直流系統大電容接地和環(huán)網(wǎng)影響等問(wèn)題，并重點(diǎn)闡述了基于該系統的應用程序的設計。

1 ARM微處理器S3C44BOX
考慮到設計應用的需要，選用了三星公司的S3C44BOX微處理器。這是該公司一款基于ARM7TDMI的SOC芯片。它一方面具有ARM處理器低功耗、高性能的優(yōu)點(diǎn)；又具有非常豐富的片上資源，非常適合嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。其特點(diǎn)如下：
·采用ARM7TDMI內核，I／O電壓3．3V，內核電壓2．5V；
·內置鎖相環(huán)(PLL)，系統主頻最高達66MHz；
·4種工作模式，可以實(shí)現電源管理以降低系統功耗；
·8kB的系統高速緩存(CACHE)，極大地提高了系統運行速度；
·支持8個(gè)MEMORY BANK，最大外部存儲空間達256MB，并支持SDRAM；
·內置彩色LCD控制器；
·2路異步串口(UART)；
·71個(gè)通用I／O口；
·8通路模／數轉換器(ADC)；
·實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和看門(mén)狗電路(WATCHDOG)。

2 直流系統接地故障檢測裝置總體結構
如圖1所示，可以看出此檢測裝置主要分為兩個(gè)部分：S3C44BOX主控單元及各種接口、信號采集及預處理單元。

此裝置將實(shí)現以下功能：
(1)通常情況：此裝置處于在線(xiàn)監視狀態(tài)，通過(guò)采集現場(chǎng)信號并依據相關(guān)算法判斷直流系統是否存在一點(diǎn)接地；
(2)直流系統發(fā)生一點(diǎn)接地：當發(fā)現直流系統存在一點(diǎn)接地時(shí)，并啟動(dòng)低頻信號源，向電網(wǎng)中注入低頻信號；
(3)依次對低頻電壓和各個(gè)支路電流信號進(jìn)行同步采樣；通過(guò)直流系統每個(gè)支路上的電流互感器檢測出每個(gè)支路的電流信號。由多路開(kāi)關(guān)依次選通每個(gè)支路，將相關(guān)信號經(jīng)調理后進(jìn)行采樣，同步進(jìn)行低頻電壓信號的采樣，然后依次按照特定的基于小波變換的控制算法對采樣數據進(jìn)行處理，從而確定故障支路，將結果顯示在LCD或是遠程終端上以便于用戶(hù)查看并及時(shí)排除該接地故障。

3 軟件總體設計方案
對于一個(gè)開(kāi)放的嵌入式系統而言，其程序存儲器中一定要有系統的初始化代碼。初始化在系統復位后自動(dòng)完成。在系統的初始化中，必須包含如下的初始化代碼：設置入口指針、設置中斷向量表、初始化堆棧指針寄存器、初始化存儲器系統、初始化I／O端口以及需要改變處理器的工作模式、初始化應用程序存儲空間。之后，呼叫并開(kāi)始執行應用程序。
μC／OS-Ⅱ是源碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統，其主要特點(diǎn)是公開(kāi)源代碼；可移植；可固化；可裁剪；是占先式實(shí)時(shí)內核；可管理多任務(wù)：執行時(shí)間可確定；提供很多系統服務(wù)；具有中斷管理；穩定且可靠。但是，μC／OS-Ⅱ提供的僅僅是一個(gè)任務(wù)調度內核，需要在其基礎上擴展成實(shí)用的RTOS。根據該裝置的功能要求，系統軟件中需要實(shí)現相應的用戶(hù)任務(wù)：a．監視；b．報警；c．啟動(dòng)低頻信號源；d．低頻電壓采樣，并計算其幅值和初始相位；e．選通各個(gè)支路并檢測其電流信號，然后利用小波算法進(jìn)行判斷；f. 在LCD或遠程終端上顯示相關(guān)信息。其中任務(wù)e的具體流程如圖2所示。