变电站智能电子设备通信和人机交互系统.ppt

变电站智能电子设备通信和人机交互系统 报告内容 1 课题的背景与意义2 新硬件平台的设计方案与实现3 嵌入式操作系统特点4 操作系统的移植5 基于新硬件平台的软件设计6 小结 1 课题的背景与意义 1 1课题的背景和意义1 2微机保护装置的发展1 3论文设计的目标和要求1 4论文准备情况 1 1课题的背景和意义 1 变电站综合自动化的发展微机装置是构成变电站综合自动化的重要内容 使用高性能的微机装置具有如下优越性 提高供电质量和电压合格率保障变电站安全 可靠运行提高电力系统的运行 管理水平实现变电站信息共享 可以减少总投资减少维护工作量 减少值班员劳动 实现减人增效 1 1课题的背景和意义 2 变电站综合自动化的特点 由集中式向分散式发展 采用分层分布式结构建立起了通信网络 变电站综合自动化对微机保护装置的新要求 需要具有更强大的通信功能 双网 通信速度快 信息量大 需要具有更高的可靠性和抗干扰能力需要更加完善的保护功能 1 2微机保护装置的发展 目前微机装置存在的问题目前国内各种微机保护装置在可靠性上或多或少都还存在着一定的问题故障信息量少保护相对孤立没有统一的通讯标准和规范CPU多为8位和16位微处理器 运算速度较慢 资源较少 1 3论文设计的目标和要求 设计一套高性能的微机装置人机交互和通讯系统适用于多种保护装置具有较高的可靠性可以提高通讯的信息量和速度能够支持电力系统无缝通讯 1 4论文准备情况 广泛阅读变电站综合自动化和微机保护的各类文献 掌握国内外微机保护监控综合装置的现状 熟悉嵌入式操作系统uC OS在新硬件平台上设计了人机交互软件 2 硬件平台的设计 2 1硬件平台2 2通信接口的设计2 3硬件总体结构设计 2 1硬件平台 微处理器是微机保护装置的核心 微处理器性能的好坏在很大程度上决定了微机保护装置性能的优劣 系统的工作频率在一定程度上决定了微处理器的运算速度 32位微处理器可以提供更加丰富的资源 是微处理器未来发展的趋势 2 1 1LPC2294微处理器的特点 采用32位RISC结构ARM7 TDMI核具有可加密特性具有较大的片内存储器 16k字节SRAM和256k字节FLASH 具有丰富的中断源 最多可允许32个中断请求输入 集成了UART SPI I2C等串行接口集成了定时器 看门狗 PWM ADC等具有多个GPIO 2 2通信接口的设计 双CAN总线接口现场总线具有可靠性高 稳定性好抗干扰能力强 通信速率快 造价低 维护方便的的特点 目前 多数变电站都具有现场总线网络 CAN是一种具有很高可靠性 支持分布式控制和实时控制的串行通讯网络 是目前国际上应用最广泛的现场总线之一 它能够检测出产生的任何错误 并且具有很高的位传输速率和抗电磁干扰的特性 CAN总线接口采用Philips公司的LPC2294微处理器集成的CAN控制器 2 2通信接口的设计 RS 485总线接口与变电站中部分设备 如直流屏等 通信 与其他厂家生产带RS 485接口的智能模块通信 RS 485总线接口采用MAXIM公司的MAX232芯片实现 2 3硬件总体结构设计 硬件总体结构分为 主机模块 包含测量单元和保护单元 人机交互模块信号和出口模块开入模块交流电量转换模块电源模块 2 3硬件的设计 人机交互模块故障指示 键盘处理 液晶显示 各种保护功能的投退以及外部通信 外部通信 双以态网接口 双CAN网接口和RS 485接口 2 3硬件的设计 人机交互模块在人机交互模块中 利用LPC2294内部的CAN控制器和Philips公司生产的CAN接口芯片PCA82C250实现CAN通信网络 3嵌入式简介 3 1嵌入式微处理器3 2操作系统特点3 3 C OS 操作系统简介 3 1嵌入式微处理器 1 ARM7TDMI处理器是ARM7处理器系列成员之一 ARM7TDMI含义如下 ARM7 32位整数核的3V兼容的版本 T 16位压缩指令集Thumb D 在片调试 debug 支持 允许处理器响应调试请求暂停 M 增强型乘法器 产生全64位结果 I 嵌入式ICE硬件提供片上断点和调试点支持 3 1嵌入式微处理器 2 3 2嵌入式系统特点 运行在嵌入式硬件平台上 对整个系统及所操作的部件 装置等资源进行同一协调 指挥和控制的系统软件 3 3 C OS 操作系统简介 源代码全部公开 可移植性 可剪裁 占先式多任务 可确定性 中断管理 稳定性与可靠性 3 3 C OS 操作系统 任务1 任务2 任务3 一般任务系统中 程序循环的周期不确定 通过实时多任务系统对所有任务的调度管理 解决单任务系统中难以处理的实时性差的问题 将系统所要实现的功能细化为儿个核心任务 将系统的几个任务按其优先级从高到低执行 uC OS II控制下的任务可以分为休眠态 就绪态 运行态 中断态和挂起态 4 C OS 的移植 4 1嵌入式系统移植问题4 2移植 C OS II步骤 4 1移植条件 对目标体系结构要有很深的了解 对OS原理要有较深入的了解 对所使用的编译器要有较深入的了解 对需要移植的操作系统要有相当的了解 对具体使用的芯片也要有一定的了解 4 2移植问题 可重入函数voidSwap int x int y Swap Temp x x y y temp 任务堆栈的设计 4 2移植 C OS II步骤 OS CPU H C语言头文件 OS CPU C C程序源文件 OS CPU A ASM 汇编程序源文件 4 2 1OS CPU H 与编译器无关的数据类型typedefunsignedcharINT8U typedefsignedcharINT8S 定义堆栈增长方向 4 2 1OS CPU C 1 任务堆栈初始化函数OSTaskStkInit 2OS ENTER CRITICAL 和OS EXIT CRITICAL 3 Hook 函数 4 2 2OS CPU S 1 OSSTartHighRdy 运行多任务起动前优先级最高的任务2 OSIntCtxSw 任务级任务切换 5 1移植后多任务函数总体设计 系统API函数编写通信协议的移植任务和中断设计 5 1 1系统API函数编写 按键控制ZLG7290液晶显示 5 1 2系统API函数编写 外设驱动UART CAN总线控制器 I2C总线控制器及以太网控制芯片 5 2 1 C OS II任务管理 C OS II可以管理多达64个任务 C OS II操作系统中每个任务均为一个无限循环建立挂起就绪运行 C OS II实时内核提供多任务管理 时间管理 任务间通信和同步等重要服务 5 2 2具体任务划分和管理 5 3modbus协议 RTU方式主方发送报文 RTU方式从方应答报文 5 小结 把实时