高性能微機綜合保護 裝置的設計

1、變電站智能電子設備通信和人機交互系統(tǒng),報告內(nèi)容：,1. 課題的背景與意義 2. 新硬件平臺的設計方案與實現(xiàn) 3. 嵌入式操作系統(tǒng)特點 4. 操作系統(tǒng)的移植 5. 基于新硬件平臺的軟件設計 6. 小結(jié),1. 課題的背景與意義,1.1 課題的背景和意義 1.2 微機保護裝置的發(fā)展 1.3 論文設計的目標和要求 1.4 論文準備情況,1.1 課題的背景和意義（1）,變電站綜合自動化的發(fā)展微機裝置是構(gòu)成變電站綜合自動化的

2、重要內(nèi)容，使用高性能的微機裝置具有如下優(yōu)越性：提高供電質(zhì)量和電壓合格率 保障變電站安全、可靠運行 提高電力系統(tǒng)的運行、管理水平 實現(xiàn)變電站信息共享，可以減少總投資減少維護工作量，減少值班員勞動，實現(xiàn)減人增效,1.1 課題的背景和意義（2）,變電站綜合自動化的特點：由集中式向分散式發(fā)展，采用分層分布式結(jié)構(gòu)建立起了通信網(wǎng)絡。,變電站綜合自動化對微機保護裝置的新要求： 需要具有更強大的通信功能（雙網(wǎng)，通信速度快，信息量大……

3、） 需要具有更高的可靠性和抗干擾能力 需要更加完善的保護功能,1.2 微機保護裝置的發(fā)展,目前微機裝置存在的問題目前國內(nèi)各種微機保護裝置在可靠性上或多或少都還存在著一定的問題故障信息量少保護相對孤立沒有統(tǒng)一的通訊標準和規(guī)范CPU多為8位和16位微處理器，運算速度較慢，資源較少,1.3 論文設計的目標和要求,設計一套高性能的微機裝置人機交互和通訊系統(tǒng)適用于多種保護裝置具有較高的可靠性可以提高通訊的信息量和速度能夠支

4、持電力系統(tǒng)無縫通訊,1.4 論文準備情況,廣泛閱讀變電站綜合自動化和微機保護的各類文獻，掌握國內(nèi)外微機保護監(jiān)控綜合裝置的現(xiàn)狀。熟悉嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS在新硬件平臺上設計了人機交互軟件,2. 硬件平臺的設計,2.1 硬件平臺2.2 通信接口的設計2.3 硬件總體結(jié)構(gòu)設計,2.1 硬件平臺,微處理器是微機保護裝置的核心，微處理器性能的好壞在很大程度上決定了微機保護裝置性能的優(yōu)劣 。系統(tǒng)的工作頻率在一定程度上決定了微處理

5、器的運算速度。32位微處理器可以提供更加豐富的資源，是微處理器未來發(fā)展的趨勢。,2.1.1 LPC2294微處理器的特點,采用32位RISC結(jié)構(gòu)ARM7-TDMI核具有可加密特性具有較大的片內(nèi)存儲器（16k字節(jié)SRAM和256k字節(jié)FLASH）具有豐富的中斷源（最多可允許32個中斷請求輸入）集成了UART、SPI、I2C等串行接口集成了定時器、看門狗、PWM、ADC等具有多個GPIO,2.2 通信接口的設計,雙CAN總線接

6、口現(xiàn)場總線具有可靠性高、穩(wěn)定性好抗干擾能力強、通信速率快、造價低、維護方便的的特點。目前，多數(shù)變電站都具有現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。CAN是一種具有很高可靠性，支持分布式控制和實時控制的串行通訊網(wǎng)絡，是目前國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。它能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤，并且具有很高的位傳輸速率和抗電磁干擾的特性。 CAN總線接口采用Philips公司的LPC2294微處理器集成的CAN控制器。,2.2 通信接口的設計,RS-485總線接口與變電

7、站中部分設備（如直流屏等）通信。與其他廠家生產(chǎn)帶RS-485接口的智能模塊通信。RS-485總線接口采用MAXIM公司的MAX232芯片實現(xiàn)。,2.3 硬件總體結(jié)構(gòu)設計,硬件總體結(jié)構(gòu)分為：主機模塊（包含測量單元和保護單元）人機交互模塊信號和出口模塊開入模塊交流電量轉(zhuǎn)換模塊電源模塊,,2.3 硬件的設計,人機交互模塊故障指示、鍵盤處理、液晶顯示、各種保護功能的投退以及外部通信。 外部通信：雙以態(tài)網(wǎng)接口、雙

8、CAN網(wǎng)接口和RS-485接口,2.3 硬件的設計,人機交互模塊在人機交互模塊中，利用LPC2294內(nèi)部的CAN控制器和Philips公司生產(chǎn)的CAN接口芯片PCA82C250實現(xiàn)CAN通信網(wǎng)絡；,3 嵌入式簡介,· 3.1 嵌入式微處理器 3.2 操作系統(tǒng)特點 3.3 μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)簡介,3.1 嵌入式微處理器(1),ARM7TDMI處理器是ARM7處理器系列成員之一，ARM7TDMI含義

9、如下：ARM7：32位整數(shù)核的3V兼容的版本；T：16位壓縮指令集Thumb；D：在片調(diào)試（debug）支持，允許處理器響應調(diào)試請求暫停；M：增強型乘法器，產(chǎn)生全64位結(jié)果；I：嵌入式ICE硬件提供片上斷點和調(diào)試點支持。,3.1 嵌入式微處理器(2),,,3.2 嵌入式系統(tǒng)特點,運行在嵌入式硬件平臺上，對整個系統(tǒng)及所操作的部件，裝置等資源進行同一協(xié)調(diào)，指揮和控制的系統(tǒng)軟件。,3.3 μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)簡介,·

10、源代碼全部公開 · 可移植性 ·可剪裁 ·占先式多任務 ·可確定性 ·中斷管理 ·穩(wěn)定性與可靠性。,。,3.3 μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng),任務1,任務2,任務3,,,,,一般任務系統(tǒng)中，程序循環(huán)的周期不確定， 通過實時多任務系統(tǒng)對所有任務的調(diào)度管理，解決單任務系統(tǒng)中難以處理的實時性差的問題。將系統(tǒng)所要

11、實現(xiàn)的功能細化為兒個核心任務，將系統(tǒng)的幾個任務按其優(yōu)先級從高到低執(zhí)行。uC/OS-II控制下的任務可以分為休眠態(tài)、就緒態(tài)、運行態(tài)、中斷態(tài)和掛起態(tài)。,4 μC/OS-Ⅱ的移植,4.1 嵌入式系統(tǒng)移植問題 4.2 移植μC/OS-II步驟,4.1　移植條件,① 對目標體系結(jié)構(gòu)要有很深的了解；② 對OS原理要有較深入的了解；③ 對所使用的編譯器要有較深入的了解；④ 對需要移植的操作系統(tǒng)要有相當?shù)牧私?；?對具體使用的芯片也要有

12、一定的了解。,4.2 移植問題,可重入函數(shù) void Swap(int *x, int *y) Swap（）{Temp = *x;*x = *y;*y = temp;} 任務堆棧的設計,,,,4.2 移植μC/OS-II步驟,OS_CPU.H（C語言頭文件）、 OS_CPU.C（C程序源文件） OS_CPU_A.ASM（匯編程序源文件）,4.2.1 OS_CPU.H,與編譯器無關的數(shù)據(jù)類型typedef

13、unsigned charINT8U；typedef signed char INT8S；…定義堆棧增長方向,4.2.1 OS_CPU.C,1、任務堆棧初始化函數(shù)OSTaskStkInit()2 OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()3、……Hook()函數(shù),4.2.2 OS_CPU.S,1、OSSTartHighRdy()　運行多任務起動前優(yōu)先級最高的任務2、

14、OSIntCtxSw() 任務級任務切換,5.1 移植后多任務函數(shù)總體設計,系統(tǒng)API函數(shù)編寫 通信協(xié)議的移植任務和中斷設計,,5.1.1 系統(tǒng)API函數(shù)編寫,按鍵控制 ZLG7290液晶顯示,,5.1.2 系統(tǒng)API函數(shù)編寫,外設驅(qū)動 UART、CAN總線控制器、I2C總線控制器及以太網(wǎng)控制芯片,5.2.1 μC/OS-II任務管理,μC/OS-II可以管理多達64個任務 μC/OS-II操作系統(tǒng)中每

15、個任務均為一個無限循環(huán)　　　建立　掛起　就緒　運行 μC/OS-II實時內(nèi)核提供多任務管理、時間管理、任務間通信和同步等重要服務。,5.2.2具體任務劃分和管理,,5.3 modbus協(xié)議,,RTU方式主方發(fā)送報文,RTU方式從方應答報文,,5. 小結(jié),把實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ和CAN現(xiàn)場總線技術應用在微機保護裝置的通信中，實現(xiàn)了異種網(wǎng)絡互聯(lián)、兼容多種通信協(xié)議的通信功能。多種通信接口 合理分配了各任務的優(yōu)先級、占用的硬件資源