船舶电网参数监测与分析装置的研究和设计.pdf

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1、V01．33No．62013．6船电技术l电力系统船舶电网参数监测与分析装置的研究和设计俞庆，姜文(江苏科技大学电子信息学院，刚江苏镇江212003)摘要：为实时监测船舶电网参数，了解电网运行状态，设计了一种基于FPG,t。和ARM的船舶电网参数监测装置。该装置使用FPGA芯片控制模数转换器实时同步采集三相电网六路信号，并基于FPGA强大的并行运算能力实现了电网电能质量参数的在线运算。ARM处理器基于其特有的FSMC接口高效地读取FPGA处理后数据，完成本地显示、远程通讯等用户层任务。与采用单处

2、理器实现能’船舶电网监测仪相比，该监测装置具有反应迅速实时性高的优点。关键词：船舶电网电能质量FPGAARM硬件设计中图分类号：TN911．7文献标识码：A文章编号：1003—4862(2013)06—0061．04DesignontheShipPowerParametersMonitoring：andAnalysisDeviceYuQing，JiangWengang(SchoolofElectronicsandInformation，JiangsuUniversityofScienceandT

3、echnology，7henjiang212003，Jiangsu，China)Abstract：Inordertomonitortheshippowergridparametersinrealtime，anovelmultipleelectricalparametermeasuringdevicebasedonFPGAandARMisdesigned．The&,vicecontrolsADconvertertoacquiresixsignalsofthree-phasegridsynchron

4、ouslybyusingtheFPGAchiP．BecauseofFPGAtspowerfulparallelcomputingability,multiplepowerqualityparameterscanbecalcMatedonline．ARMprocessorreadsthedatafromFPGAefficientlybyitsuniqueFSMCinterface，andcomoletesthelocaldisplay,remotecommunications，andothermo

5、reuser—leveltasks．Comparedwiththemonitorusingasingleprocessor,thisdevicehastheadvantagesofquickresponseandhighreal—timeKeywords：shippowergrid,"powerquality：FPGA：ARM,"hardwaredesign0引言船舶电网属于微电网，其电站容量小，电压变化频繁【l，2J，为掌握船舶电网实时运行状况，分析船舶电网电能质量¨≯J，实现船电设备及配电支

6、路的功率监测【4'5J，保证全船生产和生活的用电需要，故需要对船舶电网展开实时监测。本文设计了一种基于FPGA和ARM的船舶电网参数监测装置。该装置将FPGA的并行运算能力和ARM芯片的多任务处理能力相结合，可以实时在线监测电网电压、电流、频率、30次内的电压和电流谐波、有功功率、无功功率等电力参数，对进一步提高船舶电网的自动化水平、提收稿日期：2012．10．17作者简介：俞庆(1985一)，男，硕士研究生。研究方向：嵌入式与测控技术。高供电的安全性和可靠性具有一定意义。1监测装置总体设计监测

7、装置主要由信号调理电路、过零检测电路、锁相倍频电路、模数转换器、FPGA处理器、ARM处理器以及相关外围电路构成。监测装置的核心是FPGA和ARM处理器，两者各司其职，FPAG实现数据采集和谐波计算，ARM处理器则完成通讯、显示、人机交互等任务层的功能。谐波参数的计算采用了目前主流的快速傅里叶变换算法(FFT)实现∞’川，不同的是该监测装置在FPGA内部建立了一个硬件FFT处理机。该处理机在50MHz的时钟下，完成一次512点的FFT运算只需65．7us，因而可实时在线计算六路电网信号的谐波。采

8、用FPGA+ARM双处理器的结构比采用单处理器如ARM或DSP拥有更快的处理船电技术l电力系统V01．33No．62013．6速度，提高了检测装置的实时性。监测装置的总体结构如图1所示。图1监测装置总体结构框图监测装置设计了RS232接口模块和CAN接口模块，可以同时用于本地通讯和组建CAN网络进行远程通讯。另外监测装置扩展了温湿度传感器、开关量输入输出模块，分别可用于环境温湿度的监测，船舶配电板开关量信号的输入以及船舶配电板开关量信号的控制。2监测装置的硬件设计2．1信号调理电路该部分电路主要