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基于ARM系统的智能脱扣器研究

作　者: 矫莉
导　师: 曹云东
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 低压断路器脱扣器 ARM μCOS-II CAN总线
分类号: TM561
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

低压断路器是低压电网中一种重要的控制与保护电器，用来关合、承载、开断运行回路的正常电流、过载电流和短路电流。其中脱扣器是它的神经中枢，承载各种保护与控制功能，脱扣器的智能化可以大大地推动断路器智能化的发展进程。随着传感器技术、计算机技术、微电子技术、电力电子技术和网络通信技术的发展，脱扣器由热式、电磁式、电子式发展到当今以微控制器为核心的网络化智能脱扣器。本课题设计了以ARM核微控制器为核心、以嵌入式实时多任务操作系统μCOS-Ⅱ为软件设计平台、通过CAN总线进行网络通信控制的低压断路器智能脱扣器，其具有过载保护、短路保护、接地保护、液晶参数显示、参数现场整定、联网通讯控制的功能，同时也具有低压电网电能质量信息监测的功能。硬件设计上以Philips公司基于ARM核的微控制器LPC2294为主控单元，同时辅助以信号采集电路、锁相环频率同步电路、液晶参数显示电路、键盘参数整定电路、动作执行单元和CAN通讯接口电路，以上搭建了低压断路器智能脱扣器的硬件系统。软件设计上则构建了适合本设计的嵌入式实时多任务操作系统μCOS-Ⅱ作为底层硬件和上层应用保护控制程序的接口平台；建立了过载、短路与接地的电流保护数学模型；运用基2FFT进行低压电网电能质量参数分析。整个软件采用C语言编写，基于ARM ADS编译环境进行调试。采用LPC2294内部集成的4路CAN控制器实现了低压断路器的嵌入式网络控制，其可以与远端主控计算机进行实时双向通讯。采用VB可视化编程语言编写上位机监控界面，具有实时显示主线路中的电流、电压、各种电能质量信息和故障信息，远程参数整定，控制命令下行，历史数据查询的功能。为了保证系统的电磁兼容性，本文分别在硬件和软件设计中采取了一系列抗干扰措施。实验结果证明，从智能控制保护到嵌入式网络实时通讯均达到了产品设计的要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-18
  1.1 课题提出的依据和意义  11-12
  1.2 低压断路器脱扣器国内外发展状况  12-16
    1.2.1 电磁式脱扣器  12
    1.2.2 电子式脱扣器  12
    1.2.3 智能型断路器  12-16
  1.3 本课题的主要工作  16-18
    1.3.1 建立数学保护模型  16
    1.3.2 构建本系统的嵌入式操作系统平台  16
    1.3.3 硬件电路设计  16-17
    1.3.4 软件编程  17-18
2 智能脱扣器设计原理  18-24
  2.1 过载保护  18-19
  2.2 短路保护  19-20
  2.3 接地漏电保护  20-21
  2.4 电流基波提取及电能质量分析  21-23
    2.4.1 概述  21-22
    2.4.2 基2FFT电能质量分析原理  22-23
  2.5 本章小结  23-24
3 硬件设计  24-34
  3.1 硬件设计方案  24-25
  3.2 微控制器单元  25-26
    3.2.1 ARM7TDMI介绍  25
    3.2.2 微控制器LPC2294介绍  25-26
  3.3 参数前置处理电路  26-27
  3.4 锁相环频率跟踪电路  27-28
  3.5 数据存储模块  28-30
  3.6 人机交互模块  30-31
    3.6.1 液晶模块  30
    3.6.2 键盘设计  30-31
  3.7 脱扣电路  31-32
    3.7.1 模拟脱扣电路  31-32
    3.7.2 数字脱扣电路  32
  3.8 电源设计  32-33
  3.9 硬件抗干扰设计  33
  3.10 本章小结  33-34
4 软件设计  34-53
  4.1 嵌入式操作系统概述  34-36
  4.2 BOOTLOAD程序  36
  4.3 嵌入式实时多任务操作系统μCOS-Ⅱ内核分析  36-44
    4.3.1 任务状态与结构  36-39
    4.3.2 任务划分与创建  39
    4.3.3 任务调度管理  39-41
    4.3.4 中断管理  41
    4.3.5 任务同步和通信  41-43
    4.3.6 系统时钟  43
    4.3.7 内存管理  43-44
  4.4 μC/OS-Ⅱ在LPC2294上的移植  44-47
    4.4.1 移植对处理器要求  44
    4.4.2 移植内容  44-47
  4.5 用户应用程序设计  47-51
    4.5.1 采样程序设计  47-48
    4.5.2 按时间抽取基2FFT原理程序实现  48-49
    4.5.3 电流保护  49-50
    4.5.4 人机交互程序设计  50-51
    4.5.5 操作系统任务调度设计  51
  4.6 软件抗干扰  51-52
  4.7 本章小结  52-53
5 智能脱扣器CAN通信设计  53-69
  5.1 CAN总线概述  53-54
  5.2 CAN硬件设计  54-56
  5.3 CAN通信软件设计  56-62
    5.3.1 CAN协议分析  56-57
    5.3.2 CAN应用程序设计  57-62
  5.4 上位机监控界面设计  62-68
    5.4.1 编程语言VB概述  62-63
    5.4.2 监控界面功能模块分析  63-64
    5.4.3 MSComm串口通信控件  64-66
    5.4.4 窗体界面设计  66-67
    5.4.5 Access数据库  67-68
  5.5 本章小结  68-69
6 实验结果  69-75
  6.1 过载保护实验  69-71
  6.2 短路保护实验  71-73
    6.2.1 短路短延时保护  71-72
    6.2.2 短路瞬动保护  72-73
  6.3 实验结果分析  73-74
  6.4 本章小结  74-75
7 结论  75-77
参考文献  77-80
在学研究成果  80-81
  一在学期间发表的论文  80
  二在学期间所获的奖励  80-81
致谢  81

基于ARM系统的智能脱扣器研究

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