基于BF531的国家智能电网采集系统集中器的设计

发布时间：2017-07-20 09:03

  本文关键词：基于BF531的国家智能电网采集系统集中器的设计

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【摘要】：近年来,远程全自动智能抄表技术在我国逐渐铺开,并得到广泛关注。远程抄表技术实现了数据的集中管理,解决了传统人手抄表繁琐、容易出现错抄漏抄的问题,为国家电网公司信息化发展作出重大贡献。根据近年嵌入式系统技术、GPRS数据通信技术、电力线抄表技术等发展的趋势,本文设计实现了国家电网采集系统的集中器,详细论述了硬件原理图设计、软件框架搭建、底层驱动和应用层软件开发,实现了数据采集、数据管理和运行维护管理等三大主要模块功能,以及其他应用功能。本文设计的集中器使用GPRS网络进行数据通信,利用RS485总线及电力线载波通信技术抄读电表数据,使用Blackfin BF531芯片作为硬件平台,采用VDK内核作为系统核心。集中器功能多,数据处理量大,同时需要满足交流采样功能,而大部分计量芯片只能满足电量、电压、电流、功率、频率等基本数据,对谐波数据,电压波动和闪变数据无法满足。本文设计中BF531 DSP芯片通过采集AD73360采样数据,并对采样数据进行FFT等运算得出上述交流采样数据。由于BF531芯片运算速度快,本文方案可完全满足交流采样功能需求,且不影响集中器其他正常功能的使用,满足国家电网公司对产品的要求。本文设计的BF531平台集中器已取得了国家电网合格报告,说明本方案是可行有效的,具有广阔的应用前景及实用价值。
【关键词】：BF531 集中器 AT指令 FFT变换
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM76
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 产品背景11
• 1.2 国内外研发现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 论文的主要工作13
• 1.4 论文的组织结构13-14
• 1.5 小结14-15
• 第二章 系统总体方案15-24
• 2.1 电力用户用电信息采集系统介绍15-16
• 2.2 集中器总体结构16-17
• 2.3 总体方案比较17-18
• 2.4 ADSP Blackfin 531简介18-19
• 2.5 VisualDSP++及VDK内核简介19
• 2.6 低压电力线载波通信原理19-20
• 2.7 通信协议介绍20-23
• 2.7.1 主站通信协议简介20-21
• 2.7.2 电表协议简介21-22
• 2.7.3 本地通信模块协议简介22-23
• 2.8 小结23-24
• 第三章 硬件设计24-46
• 3.1 硬件功能介绍24
• 3.2 DSP及其外设设计24-29
• 3.2.1 DSP最小系统设计24-26
• 3.2.1.1 晶振时钟电路设计24-25
• 3.2.1.2 复位及看门狗电路设计25-26
• 3.2.2 实时时钟电路设计26-27
• 3.2.3 DSP片外存储器设计27-29
• 3.2.3.1 数据总线测试29
• 3.3 交流采样模块设计29-30
• 3.4 电源电路设计30-31
• 3.5 ADC转换电路及接口设计31-35
• 3.5.1 AD73360简介31-32
• 3.5.2 AD73360及其接口设计32-33
• 3.5.3 AD73360模拟前端电路设计33-35
• 3.5.3.1 交流采样模拟信号测试33-35
• 3.5.4 辅助ADC及其接口设计35
• 3.6 开关量输入模块设计35-36
• 3.7 通信接口电路设计36-40
• 3.7.1 调制式红外接口设计37-38
• 3.7.1.1 红外测试38
• 3.7.2 串口扩展接口设计38-39
• 3.7.3 抄表口RS485接口电路设计39-40
• 3.8 安全加密电路设计40-42
• 3.8.1 终端安全芯片简介40-41
• 3.8.2 安全芯片电路设计41-42
• 3.9 功能扩展板42-45
• 3.9.1 STM32系列芯片简介42
• 3.9.2 USB Host42-44
• 3.9.3 以太网44-45
• 3.10 小结45-46
• 第四章 软件设计46-78
• 4.1 功能介绍46
• 4.2 软件框架设计46-47
• 4.3 驱动设计47-55
• 4.3.1 串口驱动设计47-49
• 4.3.1.1 串口驱动读数据仿真测试48-49
• 4.3.2 NorFlash驱动49-50
• 4.3.3 时钟芯片驱动50-53
• 4.3.3.1 I~2C总线数据传输原理50-51
• 4.3.3.2 I~2C芯片驱动接口51
• 4.3.3.3 时钟芯片应用接口51-52
• 4.3.3.4 读时钟芯片寄存器仿真测试52-53
• 4.3.4 远程模块应用接口53-55
• 4.3.4.1 AT指令及Q/GDW 1376.3 协议简介53-54
• 4.3.4.2 远程模块点对点连接建立流程54-55
• 4.4 应用程序设计55-77
• 4.4.1 Boot Loader程序设计55
• 4.4.2 启动线程55-56
• 4.4.3 上行通信线程设计56-58
• 4.4.3.1 GPRS/CDMA/以太网线程设计56
• 4.4.3.2 维护口线程设计56-58
• 4.4.3.3 红外口线程设计58
• 4.4.4 RS485抄表线程设计58-62
• 4.4.4.1 抄表功能59-62
• 4.4.4.2 被抄功能62
• 4.4.4.3 上行通信功能62
• 4.4.4.4 级联功能62
• 4.4.5 本地通信抄表线程设计62-70
• 4.4.5.1 模块初始化识别流程62-64
• 4.4.5.2 档案同步流程64
• 4.4.5.3 点抄流程64-65
• 4.4.5.4 从节点主动注册流程65-67
• 4.4.5.5 周期抄表流程67-70
• 4.4.5.6 广播流程70
• 4.4.6 内部数据采集线程设计70-77
• 4.4.6.1 交流采样数据的计算71-73
• 4.4.6.2 交采数据计算仿真73-74
• 4.4.6.4 有功电量和无功电量的计算74-75
• 4.4.6.5 三相不平衡的计算75
• 4.4.6.6 电压波动与闪变的计算75-76
• 4.4.6.7 二次侧电流开路短路检测76-77
• 4.5 小结77-78
• 第五章 产品测试78-85
• 5.1 硬件测试78
• 5.1.1 通信模块电源纹波测试78
• 5.2 软件测试78-84
• 5.2.1 主要功能测试78-79
• 5.2.2 载波抄表功能测试79-82
• 5.2.3 串口测试82
• 5.2.4 以太网测试82
• 5.2.5 USB测试82-84
• 5.3 样机制作与取证84
• 5.4 小结84-85
• 结论85-86
• 参考文献86-89
• 附录一 国家电网合格报告89-93
• 致谢93-94
• Ⅳ-2答辩委员会对论文的评定意见94

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