基于DSP+ARM的便攜式電能質(zhì)量分析儀設計

摘要：介紹了基于高性能DSP芯片ADSP21161和S3C2410 ARM芯片實(shí)現的電能質(zhì)量分析儀的設計方法。以DSP芯片為核心實(shí)現數據采集及處理，以S3C2410芯片為核心實(shí)現數據管理、人機界面及系統控制，同時(shí)采用WinCE嵌入式操作系統作為系統軟件平臺。該方案提高了系統的智能化及可靠性，降低了系統功耗并有利于系統擴展。測試結果表明該分析儀的各項指標均滿(mǎn)足IEC電能質(zhì)量測試標準。
關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；DSP+ARM；WinCE：小波變換

0 引言
隨著(zhù)國家工業(yè)規模的擴大和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)負荷結構發(fā)生了很大的變化，一方面，非線(xiàn)性、沖擊性和不平衡負荷的大量增長(cháng)使得電能質(zhì)量惡化；另一方面，隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展。越來(lái)越多的敏感負載對電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。這就要求電能質(zhì)量檢測分析設備具有實(shí)時(shí)檢測、快速分析、實(shí)時(shí)顯示的能力。采用高性能數字信號處理器(DSP)和嵌入式計算機系統(ARM)雙處理器架構設計電能質(zhì)量分析儀能滿(mǎn)足上述要求。DSP系統實(shí)現電壓、電流信號的實(shí)時(shí)采集處理，通過(guò)加窗傅里葉變換和小波算法得到電能質(zhì)量參數；ARM嵌入式平臺運行WinCE操作系統完成人機交互、數據存儲、實(shí)時(shí)顯示等功能。該系統為儀器的可擴展性和智能化建立了良好的軟硬件平臺。

1 硬件系統設計
便攜電能質(zhì)量分析儀硬件系統設計應以功能實(shí)現和便攜式設計為基礎，并兼顧系統的可擴展性。
1．1 硬件系統總體設計
該硬件系統包括信號調理、數據采集與處理、ARM嵌入式平臺、協(xié)控制器和電源系統5個(gè)模塊，系統框架如圖1所示。電網(wǎng)電壓電流信號經(jīng)調理電路預處理；采用高速ADC數字化后由DSP處理器系統實(shí)現緩存及快速、準確的分析計算；采集到的波形數據和分析計算結果通過(guò)FIFO傳遞到ARM嵌入式平臺；采用LCD實(shí)現波形和分析結果顯示；采用SD卡或USB存儲設備來(lái)存儲大量的數據以便回放或進(jìn)一步深入分析；利用鍵盤(pán)或觸摸屏實(shí)現人機交互功能；設置RS 232、USB和網(wǎng)絡(luò )接口，便于實(shí)現電能質(zhì)量分析儀的系統化和網(wǎng)絡(luò )化擴展。

系統中采用CPLD芯片設計了協(xié)控制器。它的作用主要是產(chǎn)生A／D轉換器所需要的采樣時(shí)鐘、完成采樣通道的時(shí)序控制、綜合FIFO讀時(shí)鐘邏輯、網(wǎng)卡地址控制邏輯和DSP啟動(dòng)模式的設置。系統硬件電路配有多種電源，通過(guò)對系統各模塊電源進(jìn)行控制，以及使DSP按測量需求工作在節電模式等措施實(shí)現了系統低功耗設計。系統采用電池供電，滿(mǎn)足便攜式儀器要求。