基于ARM—DSP的嵌入式配电终端设计方法研究

常玲　杜小甫

摘 要 通过ARM芯片与DSP芯片的组合处理，实现嵌入式配电终端设计。该设计能有效解决传统配电终端功能单一、响应速度慢以及体积大等问题，便于管理与控制。该终端通信接口丰富，能满足复杂电力系统的需要。

【关键词】嵌入式配电终端设计 DSP ARM

随着计算机技术、人工智能技术的不断发展，配电自动化系统也越加完善。这对降低劳动强度、减少线路损耗、加强供电能力、提升供电可靠性有着重要的作用。嵌入式配电终端主要将电流与三相电压等作为检测基本物理量，利用高速高精度数字采样技术，监视线路的配变变压器实际运行情况，实现动态以及静态的无功补偿，低压用户可抄表，分析防窃电。在将这些功能集成基础上，通过无线与有线两种方式完成信息的交换，来弥补配变监测系统通信上的缺陷，加强配变系统自动化控制，确保电网系统能够正常的运行，使电网质量得以提高。

1 系统整体设计分析

传统配电终端通常采用单片机设计，其处理能力差、速度慢，对于复杂的分析控制难以实现。ARM-DSP的嵌入式配电终端，能使应用系统对于功耗、体积、成本以及功能等要求得以满足。在配电自动化系统终端设计中融入嵌入式，能将嵌入式的特点以及技术充分发挥，提升配电终端的稳定性、可靠性、便利性。分析模块为TMS320F2812（TI公司生产），具有快速运算以及兼顾控制功能，能使控制系统的芯片处理能力与控制精度得到大幅度的提升。这一系统使用AT91RM9200（Atmel公司生产）主处理模块，具有标准接口、功耗小、体积小等特点，所以能实现该系统的通信功能、控制以及管理。在整个系统中，主处理模块属于核心部分，要完成对不同功能模块的调度与管理。同时负责通信任务，使其能和主控中心上位机保持通信，这一终端会放置于难以组网与环境恶劣的地方，主要为GPRS通信与以太网通信；在同DSP通信时，能通过现场总线或者是标准串行通信完成。数据的处理模块与采集模块能对直流模拟量、交流模拟量进行采集，计算出功率、电流以及电压等，针对所产生的交流信号作进一步频谱分析，为管理提供参考依据，对于扩展模块能发出同步信号以及控制指令。扩展模块通过DSP与相应接口配合可以实现，按照用户实际需要组合完成同步开关控制、MCR控制、负荷开关控制以及TSC无功补偿控制等。

2 主处理器模块硬件设计

主处理器模块的核心主要为AT91RM9200，使用2片SDRAM进行外扩，拓展程序运行空间，由于嵌入Linux系统需要，将1片4MNOR Flash扩展应用于启动代码存放、用户程序以及Linux内核等。ARM是通信主要模块，需持续接收DSP所传输的功率因素、电流以及电压等，并且定时将其传送到主控中心，所以要想将这些数据存储需较大容量存储器，系统将NAND Flash拓展为64M便于数据的存储。为了使用起来方便，NAND Flash以及NOR Flash需要完成文件系统支持。为完成通讯各种方式设计，在处理器主模块设计方面融入了不同通讯接口，主要包含以太网、I2C、SPI、RS485以及RS232等。AT91RM9200具有I2C控制器与SPI控制器，通过AT91RM9200中USART使得RS485与RS232经电平实现转换，以太网接口主要是通过AT91RM9200中外部物理层芯片以及MAC控制器实现。

3 数据采集与处理器模块硬件设计分析

数据采集主要是对三相电压与电流进行采集，信号共有6路。为了使采集的速度与精度得到保障，在设计方面，应用AD7656六通道，16bit逐次逼近型的A/D转换器，由于同DSP连接有着较多的外围器件，因此在这一设计中采用CPLD（1片，EPM240T型号），并与A/D转换器、DSP连接。CPLD主要是利用DSP地址线译码以及数据线控制对A/D转换器实现逻辑控制。AD7656 6路模拟输入主要分为CONVSTC、CONVSTB、CON-VSTA三组，输入端均配有跟踪保持放大器，保证通道能够实现功能转换与采样，需同时采集三相电流与电压，因此连接CONVSTC、CONVSTB以及CON-VSTA且均受CPLD所控制。A/D转换器的转换忙输出信号与片选信号都与CPLD连接。A/D转换器中的十六根数据线，主要是利用DSP数据线连接缓冲芯片完成数据传输。

4 DSP与ARM通信接口设计研究

处理模块与信息采集在通过计算分析以后得出结果，但需要将其传输到主处理器模块以后才能完成上传、显示以及存储。所以，要构建DSP与ARM之间可靠、高速的连接。在设计过程中，可以利用SPI总线来实现，SPI属于一种高速、串行、同步的接口，通信数据长度以及通信速率都可以进行编程。在这一连接中，SPI从设备与主设备分别为TM320F2812与AT91RM9200。NPCS0为AT91RM9200所发送的片选信号，并且给TM320F2812提供SPCK串行时钟。这2个控制器传输SPI数据均有四种相位与极性。

5 结论

ARM-DSP的嵌入式配电终端能实现电能的高速采集与计算，通过综合分析各种数据，能对配电的实际运行情况进行详细了解，为供电方案优化、负荷预测以及线损分析等提供参考依据。这一设备可在变压器辅助设备控制与检测配电变压器运行状况中广泛应用，发展前景较好。

参考文献

[1]任兵，任小洪，徐卫东，李国志.基于ARM_Linux的数控机床热误差补偿控制器的设计[J].组合机床与自动化加工技术，2012（04）.

[2]霍银龙，赵芙生.基于DSP的智能家居远程监控系统的设计[J].机械制造与自动化，2012（03）.

[3]赵晶，王新楼.ARM加DSP嵌入式双架构系统的设计与实现[J].兰州交通大学学报，2012（03）.

[4]于鑫，杨红梅，陈文娟，张晴晴，林霞.基于DSP的嵌入式数字水印系统研究与设计[J].计算机与数字工程，2012（08）.

作者单位

沈阳城市建设学院 辽宁省沈阳市 100167endprint