（电路与系统专业论文）智能配变监控终端的设计[电路与系统专业优秀论文].pdf

硕士学位论文 i 从s t e r st h e s i $ 摘要 配电变压器是将电能直接分配给低压用户的电力设备，它既是配电网的终端 又是用户的最前端，在配电网中起着承上启下的作用，配电变压器的性能直接影 响配电网的供电质量。配电变压器数量众多而且多数安装在户外，由于长期运行 无人值守，其安全性得不到保障。 配变监控终端是安装在配电变压器旁，监测变压器运行状态的终端装置。配 变监控终端的基本功能包括实时监测变压器的运行工况，及时发现变压器的运行 异常并加以处理；实时采集变压器运行参数和用户用电信息，为配电网的优化运 行提供数据基础；实现配变低压侧无功补偿，提高配电网的供电质量。 本文根据我国配电网的发展现状及配电自动化系统的需求，针对国内现有配 变监控终端存在的问题，提出了基于高性能处理器和高精度电能计量芯片的配变 终端总体设计方案，完成了终端样机开发与调试。针对配变低压侧无功补偿的需 要，设计了无功补偿电容投切算法，研制了用于无功补偿的电容投切开关。文章 的主要内容分为三个部分： 首先，根据配变监控系统的工作原理和组成结构，通过配变监控终端的功能 和性能需求分析，提出了基于高性能a r mc o r t e x - m 3 处理器和高精度电能计量芯 片a t t 7 0 2 2 c 整体设计方案，详细论述了配变监控终端的硬件设计，分析终端的 软件流程。 其次，通过研究变电站无功补偿和电压优化的九区图算法，结合配变低压侧 无功补偿的需要，设计并实现了改进的九区图算法，并探讨了无功补偿电容器的 长效运行机制。 。 最后，根据无功补偿对电容投切开关的特殊要求，研制了基于双向可控硅和 磁保持继电器的智能复合开关，实现了电容器的过零投切，保证无功补偿电容器 的安全运行。 关键词：配电自动化；配变监控终端；无功补偿；复合开关 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s a b s t r a c t t h ep o w e rd i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r sa r ew i d e l yu s e di nt r a n s f o r m a t i o no ft h e e n e r g yt ou s e r s t r a n s f o r m e r sa r eb o t ht h et e r m i n a lo ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ka n dt h e f i r o n t - e n do ft h eu s e r t h ew o r k i n gs t a t eo ft h ed i s t r i b u f i o nt r a n s f o r m e ri n f l u e n c e st h e q u a l i t yo fp o w e rs u p p l yt ou s e r s m o s tt r a n s f o r m m sa r ei n s t a l l e do u t d o o lt h e i rs a f e t y c a n tb eg u a r a n t e e db e c a u s et h c yw o r k c o n t i n u o u s l yu n a t t e n d e d t r a n s f o r m e rt e r m i n a lu n i t ( mi sat e r m i n a l d e v i c ei n s t a l l e dn e x tt o d i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r s 刑m o n i t o r st r a n s f o r m e r s o p e r a t i n gc o n d i t i o n s d e t e c t s a b n o r m a lp r o b l e m sa n dd e a l sw i t ht h e s ep r o b l e m st i m e l y 刑c o l l e c t st r a n s f o r m e r s o p e r a t i n gp a r a m e t e r sa n du s e r c o n s u m p t i o ni n f o r m a t i o n , p r o v i d i n g t h ed a t a i n f r a s t r u c t u r ef o rt h e o p t i m a lo p e r a t i o no fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k 删r e a l i z e s l o w - v o l t a g er e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o nt oi m p r o v et h eq u a l i t yo fp o w e rs u p p l y b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ec u r r e n ts i t u a t i o no fp o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m ，a n d t h en e e d so fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ni no u r c o u n t r y ，an e wd e s i g no fi n t e u i g e n t t r a n s f o r m e rt e r m i n a lu n i ti sp r o p o s e di nt h i sp a p e r t h i sd e s i g nh i r e sa h i l 曲 p e r f o r m a n c ea r mc o r t e x - m 3m i c r o p r o c e s s o ra st h ec o n t r o lu n i t , a n dah i g h - p r e c i s i o n t h r e e p h a s ee n e r g ym e t e r i n gc h i pa t t 7 0 2 2 ca st h ed a t ap r o c e s s i n gu n i t a c a p a c i t o rs w i t c h i n ga l g o r i t h mi sd e s i g n e dt oc o m p e n s a t et h ep o w e rg d dw i t h r e a c t i v ep o w e r , s oa st oe n h a n c et h ep o w e rf a c t o ro ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k , a n d e v e n t u a l l yt oi m p r o v et h eq u a l i t yo f p o w e rs u p p l y f i n a l l y , ac o m p o u n ds w i s h i sd e v e l o p e da d o p t i n gap a r a l l e ls t r u c t u r eo f t h y r i s t o r a n dm a g n e t i cl a t c h i n gr e l a y k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n ；t r a n s f o r m e rt e r m i n a lu n i t ；r e a c t i v ep o w e r c o m p e n s a t i o n ；c o m p o u n ds w i t c h 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i $ 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工 作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：足产诬 日期：zp 尹朗j 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同 意华中师范大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分 内容。 作者签名：邓罐 日期：冲月厂日 导师签名力h j 日期：押p 年g 月y - 日 本人已经认真阅读“c a l l s 高校学位论文全文数据库发布章程 ，同意将本人 的学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库一中全文发布，并可按“章程一 中的规定享受相关权益。回童途塞握交后进屋；旦兰生；旦= 生；旦三生发查。 作者签名：呼他 日期： 。叩年厂月角 导师签名孑餐h 日期：才巾6 月厂日 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 1 1 课题背景 第一章绪论 随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国的电力需求迅猛 增长，促进了电力事业的快速发展。长期以来，我国电力系统的主要问题集中在 电力的生产跟不上需求，所以电力系统的投资重点集中在发电厂和输电网的建设， 而对配电网建设的投资却相对较少，限制了配电网的建设和配电自动化技术发展。 因此，加快配电网的改造，发展配电系统自动化技术成为我国电力事业发展的当 务之急。 配电系统自动化术是利用现代电子技、通信技术、计算机及网络技术，将配 电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信 息集成，构成完整的自动化系统，实现配电系统正常运行及事故情况下的检测、 保护、控制、用电和配电管理的现代化i l 】。配电自动化系统内容包括配电网数据 采集和监控( s c a d a ) 、配电地理信息系统( g i s ) 、需求管理( d s m ) 等【2 l 。实 施配电系统自动化的目的是提高供电可靠性、提高供电质量、提高服务质量、提 高企业的经济效益和提高企业的管理水平，使供电企业和用户双方受益。 配电自动化系统的基本功能包括对配电网的安全监测、控制功能和保护功能。 安全监测功能是通过实时采集配电网的模拟量、状态量和电能量，监视配电网的 运行状态；控制功能是指在需要的时候远程操作远动装置，以达到特定的目的； 保护功能是指通过分析电网的实时数据，及时发现配电网故障，迅速定位故障区 域，自动隔离故障线路，恢复非故障区供电 3 1 。 实施配电系统自动化有着非常深远的意义：( 1 ) 当配电网发生故障时，快速 定位并隔离故障区域，及时恢复非故障区域的供电，从而减少停电面积，缩短停 电时间，提高供电可靠性。( 2 ) 实时监测配电网的运行状态，根据配电线路的负 荷状态进行配电网络重构，实现配电网优化运行，最大限度的发挥配电网的输电 能力。( 3 ) 通过配电自动化实现配变低压侧无功补偿、远方有载调压，以及以提 高电压质量为目的的网络重构，能提高电网的电压质量。( 3 ) 配电自动化系统还 能自动完成大量重复性的工作，如查抄用户电能表、监测变压器运行工况等，降 低了劳动强度，提高供电企业的效益。( 4 ) 借助人工智能替代人的经验做出更为 科学的数据处理、报表生成、历史数据归档等，提高企业的管理水平 4 1 。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外配电自动化的发展及现状 国外配电自动化的发展开始于2 0 世纪7 0 年代，开展配电自动化的早期目标 是缩短停电时间。美国在配电自动化发展初期，通过在配电线路上装设多路分段 器、重合器的方式，使线路故障不影响变电站馈线供电。到2 0 世纪9 q 年代，美 国的配电网自动化技术已经达到相当高的水平，1 9 9 4 年美国长岛电力公司配电自 动化系统采用8 5 0 万台f r u 和无线数字电台组成了故障快速隔离和负荷转移的馈 线自动化，在四年时间内避免了5 9 万个用户的停电故障。整个系统的建立大致经 历了三个阶段：第一步使线路的运行达到能自动分段，第二步建立通信实现s c a d a 功能，第三步实施非故障段的自动恢复供电。 日本首先在配电线路上安装具有判别故障及按时限顺序合闸的柱上开关，并 与安装在线路上的分段器、重合器以及变电站馈线开关的保护相配合。线路发生 故障时，经过二次合闸，分段器、重合器能自动判别故障并隔离故障线路，使线 路非故障区域恢复供电。在上述基础上进一步增设通信功能，将柱上自动配电开 关的信息送至中央控制室，由配电自动化系统对配电网进行监控，其功能包括 s c a d 、a m f m g i s 、负荷控制等。到1 9 9 7 年底，日本全国已基本实现了配电网自 动化。 国外配电自动化的发展，大致是先实现馈线自动化，然后建立通信信道和配 电自动化主站系统，然后逐步完善其他各项功能。配电自动化的发展经历了从各 种单项自动化设备林立的配电系统，向开放式、一体化、网络化的综合自动化配 电系统发展的过程，目前已经具有相当的规模，并且在提高配电网运行的可靠性 和效率，提高供电质量，降低劳动强度，充分利用现有设备的能力等方面均带来 了可观的社会效益和经济效益。目前国外正致力于配电自动化专家系统和配电网 仿真培训系统等研究，并且正在研究通过负荷分配的优化来减少网络损耗，对变 压器负荷进行管理，以最大限度地利用变压器容量并降低系统有功损耗以及按即 使电价对用户负荷进行管理等d l 。 1 2 2 国内配电自动化的发展及现状 我国配电自动化起步于2 0 世纪8 0 年代，其标志是石家庄和南通各引进了日 本户上制作所赠送的电网自动化环路设备。2 0 世纪9 0 年代后期，我国陆续在一 些省会城市开展局部范围配电自动化试点建设。1 9 9 8 年建成了国内最早的一体化 的配电自动化试点工程宝鸡市区配电自动化系统。其功能包括馈线自动化、 2 硕士学位论文 矗a s t e r st h e s i s 配电变压器巡检、开闭所自动化、配电网s c a d a 、配网仿真优化、配电地理信息 系统、客服故障报修等，并实现了各个子系统之间的信息实时共享、功能相互共 享的一体化综合化的配电自动化系统。 1 9 9 8 年，国家启动城、农网改造工程，国内掀起了配电自动化标准制定、产 品研发的热潮。经过多年的发展，国内不少企业已经成功研究出在一定程度上能 够满足配电自动化需求的产品，如柱上真空开关、重合器、馈线开关远程终端、 变压器监控终端、配电地理信息系统、负荷监控系统、智能电度表和远程抄表系 统，以及各种数据传输设备等【，l 。 1 3 课题提出及意义 配变监控终端( t r a n s f o i t n e rt e r m i n a lu n i t ) 是装设在配电变压器旁监测变压 器运行状态的终端设备。配变终端用于对变压器的信息采集和控制，它实现监测 配电变压器的运行工况，完成传统电压表、电能表、功率因素表、以及负荷指示 仪和电压监视仪等的功能。他能与其他后台设备通信，提供配电系统运行控制及 管理所需的数据。一般要求配变终端能实现监测线路、柱上配电变压器或者箱式 配电变压器的运行工况，及时发现和处理事故和紧急情况，就地或者远方进行无 功补偿，实现有载调压配电变压器的自动调压功能( ，l 。 随着配电系统自动化的迅速发展，配变监控终端在国内得到了广泛的应用。 目前，国内的配变监控终端大都采用单片机作为主控制器，由于处理能力的限制， 这些终端只实现了的电参数测量、变压器运行工况监测等基本功能，而且计量精 度比较低，没有实现谐波计算功能。有入采用d s p 作为主控芯片，实现了高精度 的电参数测量。但是由于d s p 专注于数字信号处理，控制功能要相对较弱，难以 满足多功能、智能化配变终端设计的需求【s i 嗍。 本文提出了一种基于高性能处理器和三相电能计量芯片的配变终端设计方 案，以高性能的c o r t e x - m 3 处理器为控制核心，采用专用计量芯片a t t 7 0 2 2 c 实 现高精度的电参数测量。针对配变低压侧无功补偿的需求，设计了无功补偿电容 投切算法，研制无功补偿电容投切开关。 1 4 本文的主要内容 本文阐述了配电自动化的基本概念，分析了配电自动化系统的国内外研究现 3 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 状，通过研究现有配变监控终端的优缺点，提出了一种多功能、智能化的配变终 端设计方案。针对配电变压器低压侧无功补偿的应用需求，研究并实现了无功补 偿的电容投切算法，设计并制作了用于无功补偿的电容投切智能复合开关。论文 的主要内容安排如下： 第一章：阐述了配电自动化的概念、目标与意义，分析了配电自动化系统的 发展现状，提出了课题研究的具体内容。 第二章：探讨了配变监控终端的工作原理和组成结构，通过功能需求和性能 需求分析，提出了配交终端的总体设计方案。 第三章：实现配变监控终端的主控模块设计，详细描述了主控模块的硬件实 现，介绍了终端软件工作流程。 第四章：实现配变监控终端的计量模块设计，详细描述了计量模块的硬件设 计和软件实现。 第五章：设计了配变低压侧无功补偿的电容投切算法，探讨了无功补偿电容 器的长效运行机制。 第六章：研制了用于无功补偿的电容投切智能复合开关，实现电容器的过零 投切，确保无功补偿电容的正常运行。 第七章：总结本文的研究成果，对今后的研究工作进行了展望。 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第二章配变监控终端总体设计 2 1 配变监控系统组成结构 配变监控系统分为主站、配变监控终端和能电能表三个层次，如图2 1 所示。 主站是系统的管理和数据处理中心，其主要作用是通过远程通信对配电变压器进 行遥测、遥信、遥控和遥调，实现配电变压器的优化运行：借助配变终端自动采 集配网运行参数和用户用电信息。 图2 1 配变监控系统原理框图 配变监控终端是系统的现场监测控制单元，其基本功能是采集并存储变压器 的运行参数，并将通过上行信道将运行参数传递给主站；实时监控变压器的运行 工况，及时发现异常并向主站告警。此外，终端还自动完成配变低压侧无功补偿 电容投切、远程抄收用户电能表的功能。 电能表安装在用户侧，记录用户的用电信息，接收并执行配变监控终端的远 程抄表、负荷控制等命令。 5 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 2 2 配变监控终端工作原理 配变监测终端完成配电网参数的检测、配电变压器运行工况监测、数据分析 与处理、控制命令执行、无功补偿、远程抄表等任务。通常，配变监控终端由微 处理器、数据采集、通信接口、人机接口、控制执行以及无功补偿等模块组成， 其原理框图如图2 2 所示。 i 数据采集k - - 一通信接口 微处理器 + 一人机接口 i 无功补偿卜_ - q 控制执行 图2 2 配变监控终端原理框图 数据采集模块实时采集配电网的电参数和配电变压器的运行工况；通信接口 分远程通信和本地通信，远程通信模块用于终端与主站间通信，本地通信模块用 于终端与电能表或者其他智能设备之间通信；控制输出模块负责动作执行；人机 接口模块用于终端的本地显示、本地维护；无功补偿模块根据配网的运行参数， 控制复合开关投入或者切除补偿电容，实现无功的本地平衡；微处理器执行数据 分析、处理等操作，并协调所有模块之间的工作。 数据采集模块采集配电网的电参数( 如：三相电压电流、有功无功功率、 功率因数、谐波功率、线频率等) 、变压器运行工况( 如变压器油温) 等。然后由 微处理器进行数据分析与处理；一方面微控制器可以将数据处理的结果进行存储 以备下次查询使用，或者通过上行通信模块将数据传输给主站管理系统或其它终 端设备：另一方面，控制器可以根据数据处理的结果产生控制命令，并交由控制 输出模块执行，以实现电能质量的最优化。另外，终端还通过远程通信接口接收 来自主站系统的控制命令，按要求返回主站需要查询的数据，或者转交控制输出 模块去执行。远程通信模块用于终端与主站系统之间的数据传输，可选g p r s c d m a 无线公网、本地局域网、电话拨号上网等通信方式。本地通信模块用于终端从电 表或采集器抄收计量信息，可选低压载波通信、短距离无线通信、r s 4 8 5 等通信 方式嗍。 6 硕士学位论文 【a s t e r st h e s i s 2 。3 配变监控终端设计需求 1 遥信功能 实时测量三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素、 线频率、1 9 次以下谐波电压、1 9 次以下谐波电流等交流电参数。电压、电流的测 量精度不低于0 5 级，有功测量精度不低于l 级，无功测量精度不低于2 级。测 量四路模拟量，包括两路电压和两路电流，电压测量范围0 - 5 v ，电流测量范围 4 - 2 0 m a ，测量误差不高于5 。 2 遥测功能 实时监测六路开关量，可以配置为脉冲输入或者电平输入方式。电平输入方 式的开关量改变时，终端记录状态变化的时间并及时向主站报告。对于脉冲输入 方式的开关量，终端不主动报告状态变化，而是记录脉冲个数，等待主站查询。 3 遥控功能 四路控制继电器，非磁保持输出；一路告警继电器，磁保持输出。 4 告警功能 自动检测变压器的掉相、失压、掉电、电流电压越限等异常，并及时告警。 5 无功补偿 通过r s 4 8 5 接口与无功补偿设备通讯，无功补偿设备控制电容器组的投切， 将功率因数控制在设定范围，实现无功的动态平衡。 6 远程抄表 通过低压载波通信或r s 4 8 5 接口抄收用户电能表的用电信息，支持内蒙古 电力公司多功能电能表通讯规约。 7 远程升级 主站利用上行通讯链路对终端的软件及通讯规约进行远程自动升级，支持内 蒙古电力公司终端远程升级规约。 8 工作电源 电源电压：2 2 0 v 3 0 电源频率：5 0 h z 5 消耗功率：5 w 9 运行环境 环境温度：- 4 0 - - - + 7 5 环境湿度：5 9 5 t 觋t l a t l l l 0 2 1 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i $ 2 4 配变监控终端总体方案 配变监控终端的总体结构如图2 3 所示，为了提高系统的抗干扰能力，强弱 电信号在不同的电路板上处理；针对配变监控系统通信方式多样性的特点，将远 程通信和本地通信分别设计成独立的模块，以实现不同通信方式的灵活配置。 本地通信远程通信 i 王 r 1 ( 主板) 信号采集电源管理微处理器人机接口输出控制 ci ，l ( 底板) 3 电能计量电源模块 继电器 图2 3 配爻监测终端结构框图 终端底板负责强电信号的处理，分为电源模块、继电器输出和电能计量等部 分。其中，电源模块采用a c d c 直接将交流供电转换为终端的直流电源；电能计 量电路对强电信号进行采样，然后由三相电能计量芯片完成电参数计量；继电器 电路是配变监控终端的执行部件。 终端主板完成配变终端的绝大部分功能，由微处理器、信号采集、电源管理、 人机接口和控制输出等部分组成。微处理器实时监测电网的运行状况，负责数据 采集。处理、保存工作，及时发现异常并向主站告警；信号采集电路实现遥信、 遥测信号的测量；电源管理电路功能模块提供独立的电源。并完成主备用电源切 换；人机接口实现变压器运行状态指示和变压器运行参数的查询。 远程通信模块负责终端与主站之间的数据通信，可以选择g p r s 无线公网、 c d m a 无线公网或本地局域网等。本地通信模块实现终端与本地智能设备( 电能表、 采集器、无功补偿控制器等) 的通信，可选r s 4 8 5 或低压载波通信。 8 3 1 总体设计 第三章配变监控终端主控模块设计 主控模块是配变监控终端的核心，主要负责从计量模块获取配电网计量结果， 采集配电变压器的工作状态量，对采集到的数据进行分析与处理，定时保存历史 数据，接收并执行主站的命令，抄收用户电能表信息，根据配网电压、无功、谐 波等参数，实现配变低压侧就地无功补偿。 配变终端主控模块的原理框图如图3 1 ，主要分为c p u 最小系统、信号采集、 通信接口、人机接口、控制输出、电源管理等部分。 _ c p u 最小系统：包括微控制器、存储扩展、i o 扩展以及系统监控等电路。 通信模块：实现远程通信、载波通信、红外通信、r s 4 8 5 通信等功能。 - 数据采集：包括开关量采集、直流模拟量采集以及与计量模块的接口。 人机接口：l e d 、l c d 、k e y 、b u z z e r 等电路。 控制输出：负载控制继电器和本地告警继电器。 一电源管理：为各功能模块提供合适的电源，并负责备用电池管理。 图3 1 主板硬件框图 9 硕士学位论文 j 匠a s t e r st h e s i s 3 2c p u 最小系统设计 3 2 1s ，n v l 3 2 系列微处理器 本文选用意法半导体( s t ) 公司的s t m 3 2 f 1 0 3 z e t 6 作为配变终端的主控芯片。 s t m 3 2 系列微控制器基于a r mc o r t e x - m 3 内核，适用于成本和功耗敏感的应用。 s t m 3 2 提供高达8 0 m i s p 的指令速率，支持硬件除法和单周期乘法指令，能实现较 为复杂的数据运算。s t m 3 2 面向深度嵌入的应用领域，内部集成丰富的功能模块， 满足配变监控终端的设计需求1 ) 4 1 ，5 1 d 6 1 , 1 7 j 。芯片主要参数见表3 1 。 表3 1s t m 3 2 f 1 0 3 z e t 6 主要参数 型号s t m 3 2 f 1 0 3 z e t 6 频率 7 2 m h z 鼬蜥6 4 k b f l a s h 5 1 2 k b u a r t 5 个 s p i3 个 1 2 c2 个u s b1 个 c a n 1 个 t i m e r 1 1 个 a d c3 个1 2 位a d cd a c2 个1 2 位d a c 总线接口， f s m c ( 支持s r a m 、n a n df l a s h 、n o rf l a s h ) 配变监控终端需要非常大存储容量用于保存历史数据、事件记录等，还需要 比较多的i o 端口用于数字量采集、继电器控制等，所以需要对s t m 3 2 的存储系统 和i o 端口进行扩展。如图3 2 ，由s t m 3 2 主控制器、存储扩展电路、端口扩展电 路、实时时钟电路和系统监控电路构成c p u 最小系统。 图3 2c p u 最小系统原理框图 1 0 硕士学位论文 履a s t e r st h e s i s 3 2 2 存储扩展电路 s t m 3 2 f 1 0 3 z e t 6 片内集成了5 1 2 k bf l a s h 和6 4 k bs r a m ，5 1 2 k bf l a s h 作为 程序存储器足够使用，但是配变终端要保存的历史数据、事件记录、用户电能表 信息、远程抄表路由等，内部f l a s h 显然不够用。配变终端进行数据处理、谐波 计算等操作时需要用到较大的r a m ，内部s r a m 也不够用。因此，系统需要扩 展外部存储器。 s t m 3 2 提供灵活配置的f s m c 总线接口，支持8 b i t s 或者1 6 b i t s 数据总线， 可以扩展s r a m 、n a n df l a s h 、n o rf l a s h 等外部存储器。本文为s t m 3 2 外扩了一片n a n d ( k 9 f 1 2 0 8 u o c ) 和一片s r a m ( l y 6 2 l 1 0 2 5 1 6 l l ) ，存储扩展 电路如图3 3 所示 i s , 0 9 1 。 a 1 5l4 8a 1 6 a 1 42 a 1 5a 1 6 4 7 a 1 33 a 1 4n c 4 6g n d a 1 24 a 1 3v s s 4 5d 1 5 a l l5 a 1 2 d q l 5 4 4d 7 a 1 06 a l l d q 7 4 3d 1 4 a 97 a 1 0 d q l 4 4 2d 6 a 38 a 9 d q 6 4 l d 1 3 a 1 99 a 8 d q l 3 4 0d 5 l o a 1 9嵋7 d q 5 3 9d 】2 n w e l l n c d q l 2 3 8d 4 v d d l 2 w剧dq4 3 7v d d 1 3 c殴vcc 3 6d ll n b l n 4 dql l 3 5d b n b 加5 ub#dq3 3 4d 1 0 a 1 81 6 lb痒dqlo 3 3d 2 a 1 71 7 a 1 8d q 2 3 2d 9 a 71 8 a 1 7d q 9 3 ld l a 61 9 a 7 d q l 3 0 d 8 a 5 2 0 a 6 d q 8 2 9 d o a 42 i a 5 d q 0 2 8n o e a 32 2 a 40 腊 2 7g n d a 22 3 a 3v s s 2 6l 、正弭 a 2c e 撑 a l2 42 5a o a la o l y 6 2 l 1 0 2 sl6 i l 7 0 l l j v d d3 7 v d d1 2 v c c g n d1 3 v c ci 凹 g n d3 6 v s s u 4 2 v s s1 1 0 0 6 5 n w a i t7 b u s y 攀i 饼 n o es r e 岸1 0 3 n c 您9 a 1 61 6 c e 弗1 0 2 a 1 71 7 c l e1 0 1 n w e1 3 a l e1 0 0 w 酬 w p #1 9 w p 撑k 9 f 1 2 0 8 u o c 帕o 璐 f 2 5 v i o s p l ln s s 群l c sv d d 8v d d s p i lm s o27f mh o i d f mw p #3 m b o h o l d 6s p i ls c u w ps c u k g n d45s p i lh 幻8 v s sm o s i 图3 3 存储扩展电路 n a n df l a s h 在写入之前需要以块为单位擦除，而且擦写的次数是有限的。 因此，不能频繁的改写n a n df l a s h 中的数据，一般先将数据暂存到r a m 中， 然后一次性的写入n a n df l a s h 。这种方式存在一定的风险，如果系统掉电， 或者r a m 受到干扰，都会导致暂存数据的丢失。 基于上述分析，终端扩展了一片r a m t r o n 公司的f m 2 5 v 1 0 铁电存储器。铁 电存储器是一种非易失性的存储器，其读写特性类似于r a m ，读写操作非常快， 而且没有寿命限制。 f 2 5 v 1 0 存储容量为1 2 8 k b ，采用标准s p i 接口，兼容常用的e e p r o m 管脚。 硕士学位论文 l 江a s t e r st h e s i s f 2 5 v 1 0 读写操作总线速度最高可达到2 5 m h z ，无写操作延时，无缓冲区大小限 制 2 0 1 。 3 2 3 端口扩展电路 s t m 3 2 提供丰富的g p i o 资源，但是配变监控终端的外部接口相当多，导致 s t m 3 2 的g p i o 资源不够用。我们使用f s m c 总线挂接锁存器的方式扩展输入输 出口，端口扩展电路如图3 4 所示。 g n dl4 8n w e g p r s o f f2 l o 磷l c u ( 4 7d 0 g p r s k e y3 1 0 l l d l 4 6d 1 g n d4 l q 2 l d 2 g p r s - 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