变电站智能电子设备通信和人机交互系统.ppt

变电站智能电子设备通信和人机交互系统,报告内容：,1. 课题的背景与意义 2. 新硬件平台的设计方案与实现 3. 嵌入式操作系统特点 4. 操作系统的移植 5. 基于新硬件平台的软件设计 6. 小结,1. 课题的背景与意义,1.1 课题的背景和意义 1.2 微机保护装置的发展 1.3 论文设计的目标和要求 1.4 论文准备情况,1.1 课题的背景和意义（1）,变电站综合自动化的发展 微机装置是构成变电站综合自动化的重要内容，使用高性能的微机装置具有如下优越性： 提高供电质量和电压合格率 保障变电站安全、可靠运行 提高电力系统的运行、管理水平 实现变电站信息共享，可以减少总投资 减少维护工作量，减少值班员劳动，实现减人增效,1.1 课题的背景和意义（2）,变电站综合自动化的特点： 由集中式向分散式发展，采用分层分布式结构 建立起了通信网络。,变电站综合自动化对微机保护装置的新要求： 需要具有更强大的通信功能（双网，通信速度快，信息量大） 需要具有更高的可靠性和抗干扰能力 需要更加完善的保护功能,1.2 微机保护装置的发展,目前微机装置存在的问题 目前国内各种微机保护装置在可靠性上或多或少都还存在着一定的问题 故障信息量少 保护相对孤立 没有统一的通讯标准和规范 CPU多为8位和16位微处理器，运算速度较慢，资源较少,1.3 论文设计的目标和要求,设计一套高性能的微机装置人机交互和通讯系统 适用于多种保护装置 具有较高的可靠性 可以提高通讯的信息量和速度 能够支持电力系统无缝通讯,1.4 论文准备情况,广泛阅读变电站综合自动化和微机保护的各类文献，掌握国内外微机保护监控综合装置的现状。 熟悉嵌入式操作系统uC/OS 在新硬件平台上设计了人机交互软件,2. 硬件平台的设计,2.1 硬件平台 2.2 通信接口的设计 2.3 硬件总体结构设计,2.1 硬件平台,微处理器是微机保护装置的核心，微处理器性能的好坏在很大程度上决定了微机保护装置性能的优劣 。 系统的工作频率在一定程度上决定了微处理器的运算速度。 32位微处理器可以提供更加丰富的资源，是微处理器未来发展的趋势。,2.1.1 LPC2294微处理器的特点,采用32位RISC结构ARM7-TDMI核 具有可加密特性 具有较大的片内存储器（16k字节SRAM和256k字节FLASH） 具有丰富的中断源（最多可允许32个中断请求输入） 集成了UART、SPI、I2C等串行接口 集成了定时器、看门狗、PWM、ADC等 具有多个GPIO,2.2 通信接口的设计,双CAN总线接口 现场总线具有可靠性高、稳定性好抗干扰能力强、通信速率快、造价低、维护方便的的特点。目前，多数变电站都具有现场总线网络。 CAN是一种具有很高可靠性，支持分布式控制和实时控制的串行通讯网络，是目前国际上应用最广泛的现场总线之一。它能够检测出产生的任何错误，并且具有很高的位传输速率和抗电磁干扰的特性。 CAN总线接口采用Philips公司的LPC2294微处理器集成的CAN控制器。,2.2 通信接口的设计,RS-485总线接口 与变电站中部分设备（如直流屏等）通信。 与其他厂家生产带RS-485接口的智能模块通信。 RS-485总线接口采用MAXIM公司的MAX232芯片实现。,2.3 硬件总体结构设计,硬件总体结构分为： 主机模块（包含测量单元和保护单元） 人机交互模块 信号和出口模块 开入模块 交流电量转换模块 电源模块,2.3 硬件的设计,人机交互模块 故障指示、键盘处理、液晶显示、各种保护功能的投退以及外部通信。 外部通信：双以态网接口、双CAN网接口和RS-485接口,2.3 硬件的设计,人机交互模块 在人机交互模块中，利用LPC2294内部的CAN控制器和Philips公司生产的CAN接口芯片PCA82C250实现CAN通信网络；,3 嵌入式简介, 3.1 嵌入式微处理器 3.2 操作系统特点 3.3 C/OS-操作系统简介,3.1 嵌入式微处理器(1),ARM7TDMI处理器是ARM7处理器系列成员之一，ARM7TDMI含义如下： ARM7：32位整数核的3V兼容的版本； T：16位压缩指令集Thumb； D：在片调试（debug）支持，允许处理器响应调试请求暂停； M：增强型乘法器，产生全64位结果； I：嵌入式ICE硬件提供片上断点和调试点支持。,3.1 嵌入式微处理器(2),3.2 嵌入式系统特点,运行在嵌入式硬件平台上，对整个系统及所操作的部件，装置等资源进行同一协调，指挥和控制的系统软件。,3.3 C/OS-操作系统简介, 源代码全部公开 可移植性 可剪裁 占先式多任务 可确定性 中断管理 稳定性与可靠性 。,。,3.3 C/OS-操作系统,任务1,任务2,任务3,一般任务系统中，程序循环的周期不确定， 通过实时多任务系统对所有任务的调度管理，解决单任务系统中难以处理的实时性差的问题。 将系统所要实现的功能细化为儿个核心任务，将系统的几个任务按其优先级从高到低执行。uC/OS-II控制下的任务可以分为休眠态、就绪态、运行态、中断态和挂起态。,4 C/OS-的移植,4.1 嵌入式系统移植问题 4.2 移植C/OS-II步骤,4.1 移植条件, 对目标体系结构要有很深的了解； 对OS原理要有较深入的了解； 对所使用的编译器要有较深入的了解； 对需要移植的操作系统要有相当的了解； 对具体使用的芯片也要有一定的了解。,4.2 移植问题,可重入函数 void Swap(int *x, int *y) Swap（） Temp = *x; *x = *y;*y = temp; 任务堆栈的设计,4.2 移植C/OS-II步骤,OS_CPU.H（C语言头文件）、 OS_CPU.C（C程序源文件） OS_CPU_A.ASM（汇编程序源文件）,4.2.1 OS_CPU.H,与编译器无关的数据类型 typedef unsigned char INT8U； typedef signed char INT8S； 定义堆栈增长方向,4.2.1 OS_CPU.C,1、任务堆栈初始化函数OSTaskStkInit() 2 OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL() 3、Hook()函数,4.2.2 OS_CPU.S,1、OSSTartHighRdy() 运行多任务起动前优先级最高的任务 2、OSIntCtxSw() 任务级任务切换,5.1 移植后多任务函数总体设计,系统API函数编写 通信协议的移植 任务和中断设计,5.1.1 系统API函数编写,按键控制 ZLG7290 液晶显示,5.1.2 系统API函数编写,外设驱动 UART、CAN总线控制器、I2C总线控制器及以太网控制芯片,5.2.1 C/OS-II任务管理,C/OS-II可以管理多达64个任务 C/OS-II操作系统中每个任务均为一个无限循环 建立 挂起 就绪 运行 C/OS-II实时内核提供多任务管理、时间管理、任务间通信和同步等重要服务。,5.2.2具体任务划分和管理,5.3 modbus协议,RTU方式主方发送报文,RTU方式从方应答报文,5. 小