基于高端Cortex-A9處理器的電能質量分析與錄波方案設計

隨著國家工業規模的擴大和科學技術的發展，電網負荷結構面臨諸多電能質量問題。一方面，非線性、沖擊性和不平衡負荷的大量增長使得電能質量惡化；另一方面，隨著信息技術的發展。越來越多的敏感負載對電能質量的要求也越來越高。這就要求電能質量檢測分析設備具有實時檢測、快速分析、實時顯示的能力。

采用嵌入式計算機系統(ARM)和高性能數字信號處理器(DSP)處理器架構設計電能質量分析儀能滿足上述要求。DSP 系統實現電壓、電流信號的實時采集處理，通過傅里葉變換和小波算法得到電能質量參數；ARM 嵌入式平臺運行Linux操作系統完成人機交互、數據存儲、異常錄波、實時顯示等功能。

硬件系統包括信號調理、數據采集與處理、ARM 嵌入式平臺、協控制器和電源系統5 個模塊，系統框架如下圖所示。電網電壓電流信號經調理電路預處理；采用高速 ADC數字化后由 DSP 處理器系統實現緩存及快速、準確的分析計算；采集到的波形數據和分析計算結果通過 FIFO 傳遞到 ARM 嵌入式平臺；采用 LCD 實現波形和分析結果顯示；

采用 SATA硬盤存儲設備來存儲大量的數據以便回放或進一步深入分析；利用鍵盤或觸摸屏實現人機交互功能；設置 RS-232、USB和網絡接口，便于實現電能質量分析裝置統化和網絡化擴展。

系統中采用 FPGA芯片設計協控制器。它的作用主要是產生A/D轉換器所需要的采樣時鐘、完成采樣通道的時序控制、綜合 FIFO 讀時鐘邏輯、控制邏輯等。

推薦方案

設計采用基于NXP i.MX6Q的核心模塊，集成四核1.0GHz Cortex-A9處理器、2GB內存、8GB存儲，模塊支持眾多外設接口：LCD 接口用于 TFT 液晶屏的驅動，USB 接口適用于多種即插即用設備，SATA接口可以支持硬盤用于海量數據存儲（實現錄波），觸摸屏接口可實現觸摸屏控制，網絡接口實現數據與后臺服務器上傳，串口可以擴展RS-485、GPS等功能，擴展總線接口與PCIe接口可擴展FPGA。

ARM 嵌入式平臺移植了Linux操作系統。在實時數據管理、圖形界面、開發環境等方面極易上手。