基于Cortex-M4的配电终端实时应用平台软件设计报告

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1、基于Cortex-M4的配电终端实时应用平台软件设计报告1设计背景看了网络上有多篇介绍基于飞思卡尔Kinetis的FTU设计方案，笔者对飞思卡的kinetis系列芯片也有所关注，在飞思卡尔与万利共同设计推出的MAPS-K64开发套件初期心理痒痒地就不由自主地购入了一套，由于专注工作等原因一直没空把这板子用起来。目前笔者手头还有NXPLPC1768，IMX.287,STM32F4，CC2530，MSP430F等开发板，这些板子也仅使用过一段时间后就闲置在工具箱里躺着了。当下创客是一个充满活力与希望年轻群体，李总理大力推进“大众创业万众创新”，高

2、度关注并为创客们点赞。当看着这一大堆用真金白银购入的板子还闲置在工具箱里，某天心头来劲一定不能白瞎花这个钱得把它们折腾起来，咱也要用实际行动向创客精神致敬。首当其冲被选中是MAPS-K64开发套件，一是因为K64强悍的性能，二是开发套件提供的外设资源较为丰富，基于它设计一个FTU软件方案实现最为强劲的实时响应性能，因为笔者热钟于RTOS的应用设计，码农当用上RTOS后完全不想回到“裸奔”时代，配电网的FTU软件设计一直崇尚“裸奔”，对此我只想以本设计报告来证实应用RTOS实时效果更为优越。笔者手中没有飞思卡尔官方设计的FTU方案软件源码，本软

3、件方案纯属按个人思路进行全新设计，不存在如有雷同的情形，笔者崇尚开源精神，恪守职业道德，首选应用开源软件代码，本方案未采用任何与FTU相关公司的商业代码(可以说完全拥有自主知识产权，嘿嘿，开个玩笑，本软件方案未申请经有关部门审核颁布认证^_^)，包括MAPS-K64开发套件提供的例程都未使用，它的部分例程还是完全不能用的，各模块均按照统一规范进行设计验证。芯片驱动采用飞思卡尔Kinetis最新的软件开发包KSDKV1.2，其它中间库则采用开源软件代码(除emWin外，仅个人学习评估使用，未用于商业用途)。由于资源、时间等因素受限，现阶段未具有

4、交流采样板、开入开出板，专业试验设备等无法模模拟馈线故障，因而本期主要成果是搭建FTU软件设计平台，具备FTU基础应用功能，在软件设计上以极致高效的设计，力求在实时响应上实现最高性能，达到实时应用评估目的，在II期则补充实现FTU其余软件功能，形成一个完整的软件实现方案。本方案预期分为三个阶段实施，I期为软件开发平台搭建，具备FTU基础功能，II期为故障判断，标准通信协议，数据存储，超低功耗BLE的应用，基于Qt的维护配置工具的实现，III期为设计交直流和开入开出板验证，项目众筹等(大胆臆想，不一定具备实施条件)。本文为I期开发已基本完成的情

5、况作一个总结报告，主要目的有如下三个方面：1、基于Cortex-M4和RTOS的实时响应特性展现；2、阐述个人对FTU软件框架设计的理解与其高效程序设计的一些思想；3、杜绝闭门造车自我感觉良好的局面，与人分享吸纳各方改进提升建议。2配电网监控终端介绍智能配电网是智能电网的重要组成部分，其主要实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制、用电和配电管理的智能化。智能配网系统配用电自动化系统由主站、通信系统、自动化监控终端设备三大部分构成，形成一个完整的信息传输与处理系统，实现对配电网运行的远程管理。其中自动化监控终端设备包括馈线终端（Fe

6、ederTerminalUnit，FTU）、站所终端（DistributionTerminalUint,DTU）、配电变压器终端（TransformTerminalUnit,TTU）等。FTU主要安装在10kV馈电线路上，对柱上开关(断路器、负荷开关、分段开关)进行监控，完成遥信、遥测、遥控，故障检测功能，并与配电自动化主站通信，提供配电系统运行情况和各种监测信息，包括开关状态、电能参数、相间故障、接地故障以及故障时的参数，可执行配电主站下发的命令，对配电终端进行调节和控制，实现故障定位、故障隔离和非故障区域快速恢复供电功能。DTU一般安装在

7、常规的开闭所(站)，环网柜、小型变电站、箱式变电站等处，完成对开关设备的位置信号、电压、电流、有功功率，无功功率、功率因数、电能量等数据采集与计算，对开关进行分合闸操作，实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电。TTU主要用于监测并记录配电变压器运行工况，记录并保存一段时间内监测参数的整点值，电压、电流的最大值、最小值及其出现的时间，供电中断及恢复时间，形成数据表。本文主要构建侧重于FTU的配电网实时应用平台，DTU和TTU的实现亦是通用的。FTU一般功能介绍：◆交流量采集:采集三相交流电压和电流(3U3I)，本平台软件模拟(3

8、U3I+U0I0)共8个交流输入通道；◆实现电压、电流、零序电压、零序电流、有功功率、无功功率、功率因数，频率的测量和计算；◆直流量采集：2路直流输入；◆状态量采集