（电力系统及其自动化专业论文）电能质量监测装置的人机界面研发.pdf

浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to f n a f i o n f le c o n o m ya n dt e c h n o l o g y ，t h em o d e me l e c t r i c a l n e t w o r ka n dt h el o a dc o n s t i t u t i o nh a v ec o m eo u tn e wc h a n g et e n d e n c y ，w h i c hc a u s e sm a n y p o w e rq u a l i t yp r o b l e m s t h e s ep r o b l e m sg e tm o r ea n dm o r ef o c u sb yt h ee l e c t r i cp o w e r d e p a r t m e n ta n du s e r s o no n eh a n d ，t h ed i s t u r b i n gl o a d ( e g ：n o n l i n e a r i t y ，i m p a c t ，o r a s y m m e t r i cl o a d ) o ro t h e rd i s t u r b i n gs o u r c e s ( e g ：s y s t e ms h o r t - c i r c u i t sb r e a k d o w n ) c a u s e st h e e l e c t r i c a ln e t w o r kt oa p p e a rs e r i o u sp o w e r q u a l i t yp r o b l e m ss u c ha sw a v ed i s t o r t i o n ，v o l t a g e f l i c k e ra n dv o l t a g es a g t h e s ep r o b l e m sn o to n l ya f f e c tt h es a f eo p e r a t i o no f t h e p u b l i c e l e c t r i c a ln e t w o r k ，b u ta l s oc a u s ed i r e c to ri n d i r e c th a r mt ot h ei n s t r u m e n t sw h i c ha r ei nu s e o nt h eo t h e rh a n d ，t h ep r e c i s i o ni n s t r u m e n t sa n dt h ec o m p l e xe l e c t r o n i ci n s t a l l a t i o n sa l s o r e q u i r eh i g hl e v e la n dr e l i a b l ee l e c t r i c a le n e r g ys u p p l y t h e r e f o r et h ep o w e rq u a l i t ym o n i t o ri s h i g h l yn e e d e df o re l e c t r i cu s e r s t h ed e v e l o p m e n to f p o w e rq u a l i t ym o n i t o ri so f g r e a tv a l u e i nc h a p t e r1 ，g u i d el i n e sa n dn a t i o n a ls t a n d a r d sf o rp o w e r q u a l i t y ，t h ed e v e l o p m e n t s i g n i f i c a n c e ，t h ep r e s e n ts t a t ea sw e l la si n s u f f i c i e n c yo f p o w e rq u a l i t ym o n i t o ra r ei n t r o d u c e d i nc h a p t e r2 , w i t ht h ed e v e l o p m e n to f c o m p u t e r ，c o m m u n i c a t i o n ，d i g i t a ls i g n a lp r o c e s sa n ds o o n ，ad e v e l o p m e n tp l a no f p o w e rq u a l i t ym o n i t o ri si n t r o d u c e d t h et y p eo f h a r d w a r ea n dt h e t y p eo f o p e r a t i n gs y s t e ma r ea l s oc h o s e n t h e nt h ef u n c t i o n sa n ds t r u c t u r eo f p o w e rq u a l i t y m o n i t o ra r ea n a l y z e di nd e t a i l i nc h a p t e r3 ，a tf i r s t ，t h ep r o b l e m sa n d p r i n c i p l e si n m a l l - m a c h i n ei n t e r f a c ed e s i g na l ea n a l y z e d ，t h e nt h ep r i n c i p l e sa r eu s e di nm a n - m a c h i n e i n t e r f a c ed e s i g nf o rp o w e rq u a l i t ym o n i t o rt om a k ei t sm a n m a c h i n ei n t e r f a c eb e s t a n d a r d i z a t i o na n dh u m a n i z a t i o n ，s ot h a tu s e r sc a nu s ei ti nc o m f o r t a f t e rc o m p l e t i n gi t s m a n m a n c h i n ei n t e r f a c ed e s i g n ，t h et e c h n i q u eo f e m b e d d e dg r a p h i cu s e ri n t e r f a c ei sa p p l i e d f o rt h ed e v e l o p m e n to fi t sm a n - m a c h i n ei n t e r f a c e i nc h a p t e r4t h ee n t i r ep a p e rw o r ki s s u m m a r i z e d ，a n dt h ep o i n t sf o rf u r t h e rr e s e a r c ha r ep o i n t e do u t k e yw o r d s ：p o w e rq u a l i t y ；m o n i t o r ；d s p ；q n x ；m a n m a c h i n ei n t e r f a c e 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研制电能质量监测装置的意义 电能既是一种经济、实用、清洁且容易控制和转换的能源形态，又是电力部门向电力 用户提供由发、供、用三方共同保证质量的一种特殊产品( 它同样具有产品的着于特征， 如可被测量、预估、保证或改善) 。如今，电能作为走进市场的商品，与其它商品一样，无疑 也应讲求质量。 随着国民经济和科学技术的发展，现代电网与负荷构成出现新的变化趋势，由此带 来的电能质量问题越来越引起电力部门和电力用户的高度重视。一方面，扰动负荷( 如 非线性、冲击性或不对称负荷) 接入电力系统或其他扰动源( 系统短路故障) 存在使电 网出现诸如波形畸变、电压闪变、电压凹陷等较为严重的电能质量问题，不但影响公用 电网的安全运行，还对各种电力用户的用电过程造成直接与间接的危害；另一方面，人 们所使用的精密仪器和复杂电子设备也要求高质量和高可靠性的电能供应【2 j 。 电能质量问题对电力系统、供电部门和电力用户带来严重的危害，主要表现在以下 几个方面 3 1 = 谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率， 大量3 次谐波流过中线会使线路过热甚至引起火灾。 引起电网谐振，这种谐振可能使谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别 对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，常常烧毁电容器和电抗器。 电压波动和闪变使照明灯光闪烁引起人的视觉不适和疲劳，影响工效；电动机转 速不均匀，影响电机寿命和产品质量；影响对电压波动较敏感的工艺或试验结果。 不平衡电压使旋转电机的转子受到反方向的负序旋转磁场的作用，该磁场切割转 子产生双倍频率附加电流从而使电机本体发热烧损，倍频附加交变电磁力矩同时 作用在转子和定子上产生倍频附加振动。 导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和生产损失。 短时停电、电压骤降或者电压骤升会影响许多特殊行业的生产过程，降低生产功 效和产品质量，造成经济损失。 使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给供电部门或者电力用户带来经济 损失。 干扰临近的通信系统，轻则产生噪声，降低通信质量：重则导致信息丢失，使通 信系统无法正常工作。 影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等，使变压器局部严重过 热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短以至损坏。 浙江大学硕士学位论文 据日本电气学会一项有关谐波源的调查报告，最大谐波源为电力电子装置用户，所 占的比例高达9 5 。又根据国际会议文献介绍，在美国由于电能质量的下降引起的损失， 每年高达1 3 3 亿美元。由于电能质量低劣带来的巨大经济损失，使得现代电能质量问题 受到广泛的关注。 通过对电能质量的监测，可以为电力部门提供电力系统运行的基本状态和性能情况， 电力部门据此可以了解公用电网的电能质量水平和存在的问题，从而对公用电网的性能 做出正确和全面的评估。进行有针对性的系统性能监测，主要指对特定系统的质量问题 进行监测，以便找到问题的根源，给出解决问题的办法和采取相应措施，比如电气化铁 道牵引变电所的电能质量监测对改善电铁负荷对电力系统的危害意义重大。 综合上述，电能质量监测装置在改善电网运行状况等方面起着重要的作用。而计算 机技术、信息处理技术、自动化技术、集成电路技术以及微电子技术的迅速发展为研制 电能监测装置提供了坚实的基础。 1 2 电能质量定义和分类 1 2 1 电能质量定义 什么是电能质量，由于出发点不同，电能质量存在很多不同的定义 3 】。 i e e e 标准化协调委员会采用 p o w e rq u a l i t y ”( 电能质量) 这一术语，它的技术定义 为：合格电能质量的概念是指，给敏感设备提供的电力和设置的接地系统是均适合于该 设备正常工作的。除此之外，在这一研究领域的许多文献和报告中还采用了一些并未得 到公认的术语和补充定义。它们包括：第一，电压质量，给出实际电压与理想电压间的 偏差，以反映供电部门向用户供给的电力是否合格。第二，电流质量。电流质量与电压 质量密切相关。为提高电能的传输效率，除了要求用户取用的电流是恒定频率正弦波形 外，还应尽量保持电流波形与供电电压同相位。第三，用电质量，包括电流质量和非技 术含义，如用户是否按时、如数缴纳电费等。它反映供用双方相互作用与影响中用电方 的责任和义务。第四，供电质量，它包括技术含义和非技术含义两部分。技术含义有电 压质量和供电可靠性；非技术含义是指服务质量，它包括供电部门对用户投诉与抱怨的 反应速度和电力价格的透明度等。 电力用户的生产需求推动了电能质量问题的研究，用户的衡量标准应占有优先的位 置。导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏 差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬时过电压、波形畸变、电压暂 降与短时间中断以及供电连续性等。 2 浙江大学硕士学位论文 1 2 2 电能质量分类 为了系统地分析和研究电能质量现象，并能够对其测量结果进行分选识别，从中找 出引起电能质量问题的原因和采取针对性的解决办法，因此需要对电能质量进行分类和 给出相应的定义。在这里介绍变化型和事件型分类1 3 j 。 变化型指连续出现的电能质量扰动现象，其重要的特征是电压或电流的幅值、频率、 相位差等在时间轴上的任一时刻总是发生着小的变化。如系统电压不可能恒等于额定值。 电力系统中的电能质量现象多为随机现象，在对变化型电压或电流进行质量评估时，多 采用概率统计方法来处理，即采用概率密度函数给出相应变量在某一确定点的概率值， 用概率分布函数反应该变量处在某一确定范围内的可能性有多大。 事件型指突然发生的质量扰动现象，其特征为电压或电流短时严重偏离其额定值或 理想波形，如欠电压。通常采用特征量评估事件型电压和电流，即用幅值偏移量的多少、 事件持续时间长短以及发生的频次等来描述，并且用概率论和数理统计方法以及可靠性 计算来处理。 采用变化型和事件型分类方法比较实用，实际工程中多采用这种分类方法。 1 。3 电能质量指标和国家标准 下面分类阐述我国采用的电能质量指标和国家标准3 】【1 8 1 【19 】【2 0 】【2 l 】。 1 3 1 电压偏差 定义：供电系统在正常运行方式下，某一节点的实际电压与系统标称电压之差对系 统标称电压的百分数称为该节点的电压偏差。其数学表达式为：占u = 旦产1 0 0 式中8 u 电压偏差。 u ，实际电压，k v ； u 。系统标称电压，k v 。 产生原因：电力系统中的负荷以及发电机组的出力随时发生变化，网络结构随着运 行方式的变化而改变，系统故障等因素都将引起电力系统功率的不平衡。系统无功功率 的不平衡是引起系统电压偏差标称值的根本原因。 电压偏差过大的危害： 对用电设备的危害。当电压偏离额定电压较大时，用电设备的运行性能恶化，不 仅运行效率降低，很可能会由于过电压或过电流而损坏。 浙江人学硕士学位论文 对电网的影响。系统运行电压偏低，输电线路的功率极限大幅度降低，可能产生 系统频率不稳定现象，甚至导致电力系统频率崩溃，造成系统解列。电压偏差大 也影响系统的经济运行。 改善电压偏差的措施：配置充足的无功功率电源和采用系统调压手段。 电压偏差的监测方法：在电压监测点安装具有自动记录和统计功能的“电压监测 仪”，它能直接监测电压的偏差，并能统计电压合格率和电压超限率。 电压合格率是指实际运行电压在允许电压偏差范围内的累计时间与对应的总运行时 间的百分比，计算公式如下： 电压合格率= ；i 黼。= c ，一i i ! ；揣，t 。 电压超限率为实际运行电压超过允许电压偏差的累计时间与对应的总运行时间的百 分比，计算公式如下：电压超限率= 毒黼1 。 g b l 2 3 5 8 1 9 9 0 电能质量供电电压允许偏差对我国的供电电压作了详细规定： 3 5 k v 及以上供电电压的正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的1 0 。 如供电电压上下偏差同号时( 均为正或负) ，按较大的偏差绝对值作为衡量标准。 1 0 k v 及以下三相供电电压允许偏差为标称电压的7 。 2 2 0 v 单相供电电压允许偏差为标称电压的+ 7 、1 0 。 1 3 2 频率偏差 定义：电力系统在正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值之差称为系统的频 率偏差。计算公式为：8 f = 七- f ，式中掰表示频率偏差，毛表示实际频率，f n 表示系 统标称频率，它们的单位均为h z 。 产生原因：有功功率不平衡是产生频率偏差的根本原因。系统负荷功率总需求( 包 括电能传输环节的损耗) 与系统电源的总供给相平衡时，才能维持所有发电机组转速的 恒定。由于系统中的负荷以及发电机组的出力随时都在发生变化，当发电机与负荷间出 现有功功率不平衡时，系统频率就会产生变动，出现频率偏差，它的大小及其持续时间 取决于负荷特性和发电机控制系统对符合变化的响应能力。 频率偏差过大的危害： 对用电负荷的影响：产品质量没有保障：降低劳动生产率；使电子设备不能正常工作。 对电力系统的影响：降低发电机组效率，严重时可能引起系统频率崩溃或电压崩溃： 汽轮机在低频下运行时容易产生叶片共振，造成叶片疲劳损伤和断裂；处于低频率电 力系统中的异步电动机和变压器的主磁通会增加，导致系统电压水平降低，给系统电 压调整带来困难；当系统频率下降时，电容器对电压的支撑作用减弱，不利于系统的 4 浙江大学硕士学位论文 电压调整；频率偏差大使感应式电能表的计量误差增大。 国家标准g b t1 5 9 4 5 1 9 9 5 电能质量电力系统频率允许偏差对频率偏差作了 详细规定：电力系统正常频率偏差允许值为0 2 h z 。当系统容量较小时，频率偏差可以 放宽到0 5 h z 。用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过0 2 h z 。在保证近区电 网、发电机组的安全、稳定运行和用户正常供电的情况下，可以根据冲击负荷的性质和 大小以及系统的条件适当变动限值。 1 3 3 三相不平衡度 定义：根据对称分量法，三相系统中的电量可分解为正序分量、负序分量和零序分 量三个对称分量。电力系统在正常运行方式下，电量的负序分量均方根值与正序分量均 方根值之比定义为该电量的三相不平衡度，用占表示，公式为： 铲告川o 占，：i _ 2 1 0 0 1 i 式中 s 。、q 三相电压不平衡度和三相电流不平衡度 u ，、u ：电压正序、负序分量均方根值，k v i 。、i ：电流正序、负序分量均方根值，k a 。 在实际工作中，往往只知道三相电量的数值。在不含零序分量的三相系统中，知道 三相电量a ，b ，c ，三相不平衡度可由下式计算：占= l = 1 0 0 ，式中 系统三相不平衡产生原因： 供电环节的不平衡。由于供电环节涉及的三相元件如发电机、变压器等设备通常 具有良好的对称性，因此供电环节的不平衡主要是由于供电线路的不平衡。 用电环节的不平衡。单相大容量负荷( 如电气化铁路、电弧炉和电焊机等) 在三 相系统中的容量和电气位置分布不合理造成了三相负荷不对称，从而导致用电环 节的不平衡。 三相不平衡的危害：系统处于三相不平衡运行时，其电压、电流中含大量负序分 量。负序分量的存在，会对感应电动机、变压器、换流器、继电保护和自动装置、线 损和计算机等产生不良影响。 5 浙江大学硕士学位论文 国家标准g b t1 5 5 4 3 1 9 9 5 电能质量三相电压允许不平衡度对三相不平衡 度作了规定：电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2 ，短时不得超过4 0 0 ； 接于公共连接点的每个用户，引起该电正常电压不平衡度允许值一般为1 3 。 1 3 4 电压波动 定义：电压均方值一系列相对快速变动或连续改变的现象。电压波动的变化周期大 于工频周期。 电压波动指工频电压包络线的一系列变动或周期变化。常以相邻两个电压波形极值 电压均方根值( 或峰值) u 一和u 。之差相对于额定电压场的百分比表示，即电压波动 值为u _ 曳拳生1 0 0 u n 产生原因：功率冲击性波动负荷( 如电动机、电弧炉等) 的工作状态变化。由于波 动性负荷的功率因数低，无功功率变动量也相对较大，功率变化过程快，可认为它是引 起供电电压波动的主要原因。 电压波动危害：照明灯光闪烁( 称为“闪变”) 7 1 起人的视觉不适和疲劳，影响工效； 使电视机画面亮度变化，垂直和水平幅度振动；电动机转速不均匀，影响电机寿命 和产品质量；影响对电压波动较敏感的工艺或试验结果。 国标g b1 2 3 2 6 - 2 0 0 0 对电压波动限值做了规定： 变动频度波动限值d ( )变动频度波动限值d ( ) r ( h 。) l v 、m vh v r ( h 。1 ) l v 、m vh v r 1431 0 r 1 0 021 5 r 1 0 3 2 51 0 0 r 1 0 0 01 2 5l 表中h v ( 低压) ：u n l k v m v ( 中压) ：l k v u w 3 5 k v ； h v ( 高压) ：3 5 k v 系统应该具有高速的数字信号处理能力，可以支持稳态谐波分析及其他应用中所 需的复杂算法。 具有事件记录、故障报警和故障波形跟踪记忆功能。 数据存储和管理功能。由于需要存储的数据量比较大，因此引入数据库。内存式 】0 浙江大学硕士学位论文 数据库提供近期数据的快速查询：硬盘式数据库提供历史数据的存储。 统一的数据格式，应遵循p q d i f 格式，方便数据共享。 系统应该具有远程通信能力，以便服务于综合信息分析和管理系统，并具备一些 标准的通信接曰以备未来升级需要。多种高带宽低延时的通信手段。快速以太网 提供高速率低延时的数据传输；g p r s ，w l a n 等无线手段在电缆铺设不方便或 者临时监测的情况下提供一种灵活的替代方案。 多种系统监测和管理方式。本地可通过显示器和键盘鼠标设置；远程则可以选 择远程桌面，网页方式或者专用软件联机操作。 高可用性设计。硬件上通过一定的冗余提高可靠性：软件具备自我监控和恢复能 力。 模块化设计。通过不同的软、硬件模块搭配，完成不同的功能。 通信规约标准化。使用电力行业的通用规约以便其他厂商的系统衔接。 系统应该具有美观大方的人机界面、方便的信息输入和显示功能。 系统应该具有良好的抗电磁干扰性能，在现场恶劣的电磁环境也可以正常运行。 2 2 电能质量监测装置的结构 2 2 1 电能质量监测装置的结构 电能质量监测装置的结构图如图2 1 所示。d s p 模块采样并处理电网数据，通过h p i 通信模块把数据传给m m i 模块，m m i 模块将d s p 模块的采集量及计算结果存入数据库， 完成与上位机的通信及人机交互功能。g p s 信号为采样数据打上统一的时间标签，方便 数据共享。 叵 舞 j r _ 鲞 电 卿枞h h p i n h 舢黻卜 垂| 网 【= 弹 嚣 图2 1 电能质量监测装置结构图 浙江大学硕士学位论文 2 2 2d s p 芯片选型 t i 公司提供一整套d s p 应用解决方案，产品线完备，电能质量监测装置选用t i 公 司提供的d s p 芯片。c 6 0 0 0 是t i 公司1 9 9 7 年推出的新一代高性能d s p 芯片，是定点、 浮点兼容的d s p 芯片。其中定点系列是t m s 3 2 0 c 6 2 x x ，浮点系列是t m $ 3 2 0 c 6 7 x x 。 t m s 3 2 0 c 6 7 1 3 的特点： 工作主频为3 0 0 m h z 。处理速度为2 4 0 0 m i p s 。 它的结构为2 级c a c h e 。 片上共有2 6 4 k 8 位存储器。 2 组i i c 总线、1 组g p l 0 、2 个3 2 位通用定时器、1 个1 6 位主机接口h p i 。 3 2 一位的e m i f 总线，有4 个空间，每个空间均可与s d r a m 、s b s r a m 和异步 外设实现无缝接口。 t m s 3 2 0 c 6 7 1 3 具有强大的运算能力，丰富的接口资源，而电能质量监测装置要完成 大量的电能质量指标的运算，因此选择t m s 3 2 0 c 6 7 1 3 作为本装置的d s p 芯片。 2 2 3m m i 模块硬件选型 m m i 模块选用国家半导体公司的g e o d eg x l 嵌入式处理器，该处理器具有低功耗 ( 以3 0 0 m h z 主频运行时只有2 瓦特的功率消耗) ，完善的输入输出接口( 具有视频音 频显示输出、i d e 接口、串行口、鼠标键盘、通用串行总线、p c i 总线、i s a 总线等) ， 具备良好的扩展性能等特点，适于承担人机交互和数据存储、转发等任务。因此m m i 模块选择该处理器。 2 2 4m m i 模块操作系统选型 r t o s 是r e a lt i m eo p e r a t i o ns y s t e m 的缩写，这里r e a lt i m e 要着重解释一下。我们 通常使用的o s ，如w i n d o w sm a co s 、l i n u x 、u n i x 等，都是分时操作系统。就是说所 有的进程都是平等的( 当然也有优先级，只是分配的时间多少不等而已，但是都是有机 会运行的) ，每一个进程轮流占用c p u 一段时间，然后将c p u 的使用权交给别的进程。 这样做虽然每一个进程都有机会运行，但没有哪一个会特别快的运行完，因而不适用于 实时控制领域。而r t o s 的工作机理是：假设系统中有1 0 个进程，这1 0 个的优先级是互 不相等的，如果有需要高优先级的进程可以抢夺低优先级进程的c p u 使用权，直到自己 运行完才交还使用权一一这点有一点类似于中断技术，这样就可以保证高优先级进程的 实时性要求。所以只要r t o s 的系统中断时间够短的话，它的实时性要比传统的工作方 式强得多。 q n xr t o s 是加拿大的q s s l ( q n xs o f t w a r es y s t e ml t d ) 开发的一种多任务、分布 浙江大学硕士学位论文 式、可嵌入的实时操作系统。它有着轻巧的微内核，可以对进程进行全面的地址保护， 可剪裁，模块化程度高，实时性强，安全可靠。符合p o s i x 标准的a p i 使它成为一个开 放式互联系统，便于与u n i x l i n u x 系统的移植。q n x 有着不同于u n i x 或l i n u x 的 模块化设计思想，并不是u n i x 或l i n u x 的一种演化，而是完全不同的一种全新的实时 操作系统。由于其独特的体系结构，q n x 系统被广泛地应用在电信系统、自动控制、信 息家电、航空航天、交通运输、p o s 、医疗仪器等多个领域。 q n x 的特点： 微内核结构：q n x 内核只有1 0 k b ，包括1 6 种内核调用。它只处理进程调度、 进程间通信、低级网络通信和中断处理任务，支持3 0 0 个并发进程及3 0 个优先 级设置。q n x 的微内核结构使设计者可通过添加服务器的方法添加各种功能。 分布式处理和网络技术：q n x 采用微内核和消息传递机制，它可管理由许多计 算机组成的网络系统，允许任何进程使用网络中的任何资源。q n x 网络具有透 明的分布处理能力、容错网络功能、均衡负荷功能和可扩充的结构。 嵌入式实时系统：q n x 允许开发者裁剪掉不需要的系统进程。在最小系统中， 仅需要内核、进程管理和系统共享库存在，而所有其它系统进程可根据需要选配， 在运行时可动态启动和停止。 设备管理器：q n x 将所有设备按文件处理，它将设备文件装在文件系统中，在 系统根目录下有一个存放设备子目录d e v 驱动程序，在d e v 目录下列出所有i o 设备的逻辑名。 d o s 支持：允许d o s 作为个任务在q n x 下运行。q n x 有较快的磁盘管理和 网络支持管理支持，许多应用程序的运行速度比在原来的d o s 环境下要快。 文件系统管理器：q n x 文件系统支持几个文件系统同时运行，包括d o s 、p o s i x 、 i s 0 9 6 6 0 。 开发环境：q n x 提供1 0 0 兼容于a n s i c 的w a t c o mc 与w a t c o mc + + 编程环境。 图形界面：包括xw i n d o w s 系统，q n xw i n d o w s 和p h o t o n 。 q n x 的微内核结构、抢占优先级调度和快速的上下文切换等使它具有很好的实时 性、可靠性和强壮性，因此选择q n x 做为m m i 模块的软件平台。 2 3d s p 模块 d s p 模块的原理图如图2 2 所示。 原理介绍： a b c - - - + n 电流，三相电压，共6 路信号，经过滤波，放大后，为i n v a 、i n v b 、i n v c 、 i n i a 、i n i b 、i n i c ，再输入a d s 8 3 6 4 进行a d 转换，转换完成后，为1 6 位数字信 号，a d s 8 3 6 4 将分六次产生中断，六路数据经1 6 位数据总线，送d s p 进行信号的 运算处理。 浙江大学硕士学位论文 i n v a + i n v b i n v c 的信号经放大隔直处理后，送以7 4 h c 4 0 4 6 为核心的锁相环电路， 其中的分频部分的电路由c p l d 完成。经过锁相环倍频后形成的采样信号，为一个 周波2 5 6 次或1 2 8 次可选； 还有一些其他的相关逻辑控制也都由c p l d 来完成。 1 p p s 信号为g p s 送来的秒脉冲中断信号，目的是让d s p 进行正秒同步，使数据有 一个精确的时间标准，做到完全同步。当然，1 p p s 信号从g p s 送过来后，还需经 c p l d 进行信号脉宽的调整和防抖动处理，而这样的处理通常是用单稳电路来完成 的，而本设计中将其用全数字电路来实现，且置于c p l d 中，大大简化了硬件电路 的同时，也增加了可靠性。 1 0 k h z 信号是由g p s 送来的与1 p p s 信号严格同步的脉冲信号，本设计中用它来产 生计算信号，需经c p l d 分频后为周期2 0 m s 的信号，送d s p 的t i n p l 中断，作为 每周波一次的数据计算处理。 浙江大学硕士学位论文 2 4h p i 通信模块 图2 2d s p 模块的原理图 h p i 通信模块的原理是嵌入式微控制器g e n e 4 3 1 2 ，通过p c i 0 4 总线和d s p 的h p i 口，实现d s p 与嵌入式x 8 6 平台的高速、高可靠性、低功耗数据传输。 浙江大学硕士学位论文 2 4 1h p l l 6 与p c i 0 4 通信硬件方案 首先对h p l l 6 与p c i 0 4 做简要说明。 h p i 口，主要用于d s p 与其它总线或c p u 进行连接。t i 的c 6 7 1 3 具用1 6 位的增强 型h p i 接口( h p l l 6 ) ，d s p 在通过h p i 口和主机通信的过程中完全没有软件和硬件开 销，由d s p 自身的硬件协调冲突，不会打断d s p 正常程序的运行。在h p i 通信方式下， d s p 的片内存储器对外界完全透明，由主机访问h p i 的地址和数据寄存器便可完成对 d s p 片内存储器的读写。 主机可以访问h p i 的地址寄存器( h p i a ) ，数据寄存器( h p i c ) ，控制寄存器( h p i d ) 对于h p l l 6 ，d s p 可以访问h p i 控制寄存器h p i c 和h p i 的地址寄存器( h p i a ) ，其 中h p i a 分为h p i a 写地址寄存器( h p i a w ) 和h p i a 读地址寄存器( h p i a r l 。 表2 1 详细介绍了h p i 引脚的状态、信号线数目、与主机的连接和功能。 表2 1h p i 引脚的状态、信号线数目、与主机的连接和功能 h p i 引状态信号与主机的连 功能 脚线数接 目 h d 1 5 l o 1 6 地址总线h p i 双向并行三态数据总线。当不传送数据 0 z ( h s c 或h d s x = i ) 或e m u l o f f = 0 ( 切断 所有输出) 时，h d l 6 ( m s b ) h d o ( l s b ) 均处于高阻态。 h c n t li2 地址或控制主机控制信号。选择主机所访问的是哪个寄 o l 线存器：地址寄存器h p i a 、数据寄存器h p i d 、 控制寄存器h p i c 。 h h w i li1地址或控制h h w i l 指示正在传输的是第一个还是第二 线个字。h h w i l 是低电平时，传输的是第一个 字，高电平时传输的是第二个字其中一个字 为1 6 位，高有效位和低有效位则由控制寄存 器h p i c 的h w o b 位决定。 h r wil读写选通信读写选通信号输入端。在主机访问期间控制 号引脚或地数据的传输方向。高电平表示主机读h p i ， 址线低电平表示写h p i 。 h c si 1 地址或控制片选信号。作为h p i 的使能输入，主机在对 线 h p i 访问时信号h c s 要保持低电平。 ，h d s l 2i1 读写、数据选数据选通输入。在主机访问期间控制h p i 数 通输入信号据的传输。 浙江大学硕士学位论文 引脚 h r d yo1 异步准备好h p i 接口准备好信号输出。h r d y 为低说明 信号引脚h p i 准备好数据传送( 主机可进行数据传输) ， 为高表示h p i 接口忙( 主机不可传输数据) ， 正在进行上次传输的内部操作。 h a si1 地址锁存使地址选通输入信号。如果主机的地址和数据 能( a l e ) 或是一条多路总线，则h a s 连到主机的a l e 地址选通输引脚；如果主机的地址和数据是分开的，就 入信号引脚，将h a s 接高电平。 不用则接高 电平 h i n t0 1 主机中断输主机中断输入。由控制寄存器h p i c 中的 入 h i n t 位控制。当复位时为高电平， e m u l o f f 低电平时为高阻态。 p c i 0 4 是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，p c i 0 4 有2 个版本，8 位和 1 6 位，分别与p c 和p c 几钉相对应。p c i 0 4p l u s 则与p c i 总线相对应。 p c i 0 4 的定义如图2 3 所示。 浙江大学硕士学位论文 表2 - 2 给出了p c i