制定出針對性的發展戰略，才能使得電網時刻保持在最佳運行狀態，并和智能電網之間，實現良好兼容。1.2.2配變終端（TTU）國內外研究現狀通常情況下，配電自動化系統主要分為三大組成部分，依次為主站層、子站層及其終端設備"們。然而，在數十年的發展當中，由于子站層并未發揮度好的實際作用，故此，主站層一終端設備的結構比較常見。由此得知，對于系統而言，終端設備占據著舉足輕重的地位，其所具備的多樣化性能，將會直接決定系統是否能夠得以正常穩定的運行'⑺。實際上，終端設備的基本功能，在于監測、傳輸、處理和控制'⑻。此外，在其內部的電路中，一般涉及到數據采集處理電路及其現場控制電路等相關電路'⑼。近年來，由于配電自動化系統正在不斷蓬勃發展，配變終端系統也獲得了相對廣泛的實際應用。然而，因為在推廣初期，配電網并未全面實現自動化，故此，在配變終端方面，依然存在著諸多實際問題，例如：配變終端尚不具備豐富的功能，存儲量相對較低，并伴隨著相對較差的可靠性。事實上,在歐美等西方發達國家，配變終端的發展極為迅猛，并融合了多元化新型算法及其相應的高性能芯片。其中，通過運用FFT算法，能夠切實提升在計算諧波分量過程中的工作效率，處理并細致分析復雜情況下的諧波，持續拓寬TTU的實際功能'如。除此之外，由于芯片技術的日益繁榮，芯片市場己經逐步更新換代，新型芯片含有高速度及其低能耗的優勢，能夠適用于多種環境。在此期間，高性能微處理機應運而生，全球各大企業，逐步推行新型產品，來及時解決市場中不斷出現的各項難題，故此，配變終端所含有的諸多功能,正被持續完善。對于中國而言，配變終端在研究初期，主要運用MCU+MCU的結構。此結構主要以8096系列亦或MCS系列的單片機為基礎，實際上，雖然這些單片機含有相對良好的控制性能，然而，并不能針對數字信號，進行細致的處理。故此，在當前時期，全球各大企業，逐漸致力于研發DSP+MCU結構，對于此類結構而言，雖然其能夠切實滿足配變終端在實際監測過程中的多樣化需求，然而，也同時提高了相應的設計難度，并將既定的電路接線復雜化,無法有效保障裝置含有的可靠性。現如今，市場中的同類別產品，主要通過DSP處理器，來完成相應的信號處理。在當前時期，由于中國整體發展進程相對落后，故此，國家致力于鼓勵研究者持續創新。中國范圍內的諸多電力企業及其研究所，都在致力于研發適用于中國國情的配變終端產品，例如：上海電力研發出的DEP-900系列、及其新聯電子研發出的PBTZ-C2W系列等。現如今，為了持續推進智能電網的實際發展進程，并跟上電力通訊領域相關標準的相關變化，研究者必須全面掌握既定技術的優勢與劣勢，才能針對性研發出最為合適的新型產品⑵-⑵。1.3論文研究內容在本篇論文中，所涉及到的研究內容大致如下：針對配變終端，做好前期調研工作，才能設計出科學合理的智能型配變終端綜合方案。對其多樣化功能模塊中存在的硬件電路，進行更深層次的細致設計。重點研究其所涉及到的數字信號處理技術與軟件實現的基本方法。2智能配變終端總體方案設計2.1智能配變終端功能及技術指標2.1.1智能配變終端功能對于智能配變終端而言，其理應含有的基本功能大致如下：采集測量功能：實時測量A\B\C各相電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因素、零序電流、當前有功電能示值、當前無功電能示值以及當前A\B\C三相電壓電流2?19次諧波有效值和含有率；計量正反有功和無功電能量；基于預設周期來實現數據凍結；基于RS485接曰得到24路智能采集器的曲線數據及其月數據等。實時監測功能：針對開閉所及其柱上開關等多樣化配電設備的實際啟用狀態，進行實時監測。數據統計和分析功能主要如下：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因素等日月數據的統計；電壓合格率統計、功率因素越限統計以及三相電流不平衡度越限統計等。事件記錄及其報警功能：通常情況下，智能配變終端能夠自動保存近期時間內的256條重要事件記錄及其相應的一般事件記錄。如果終端在檢測過程中遇到下述情況，則會對主站進行自動報警，其中，包含但不僅限于過負荷、過電壓、電壓逆相序、諧波超標及其上電等。通信功能：可以通過GPRS/CDMA無線通信方式直接和管理主站系統通信，同時可以通過RS232、RS485、紅外等接口和其它設備通信。遠程管理功能：終端能夠通過主站設置，針對電流及其電壓的實際限值，進行詳細的查詢。與此同時，終端還能實時查詢視在功率限值，連續失壓限值及其諧波越限值等。自診斷功能：一般情況下，終端能夠自動判斷內部的多樣化故障,其中，包含但不僅限于電池電壓相對較低、電壓失流、存儲器故障或損壞、硬件故障、通信故障等。安全防護功能：所有參數、功能設置、需量清零等對終端操作均設置密碼保護，線路停電后，所有測量數據保存時間在10年以上。2.1.2配變終端技術指標對于配電終端而言，所參照的部分國家標準文件，大致如下［26'271:國家電網：Q/GDW614-2011《農網智能型低壓配電箱功能規范和技術條件》。國家電網：Q/GDW1376.1-2013《電力用戶用電信息采集系統通信協議》電力標準：DL/T721-2013《配電網自動化系統遠方終端》基于上述國家標準及其詳細的功能調研，能夠得知，配變終端所涉及到的諸多技術指標大致如下：工作電壓在本篇論文中，采用交流三相四線制供電，這是由于，在系統故障(三相四線供電時任斷兩相電)時，交流電源可供終端正常工作。額定電壓：3x220/380V,50Hz允許偏差范圍：-30%—+30%測量誤差電流及其電壓在測量過程中允許的誤差范圍如下：＜±().5%有功及其無功功率在測量過程中允許的誤差范圍如下：W±l%諧波分量的實際準確度如下：W±l%電網頻率在測量過程中允許的誤差范圍如下：0.02HZ外部接口2路是RS232接口，3路是RS485接口，4路是開關量輸出接口，16路是開關量輸入接口，各有1個RJ45以太網接口和USB2.0接口。通信協議Q/GDW1376.1及其擴展通訊協議是主站和配變終端所遵循的通信協議。2.2整體方案設計分析研究相關的配變終端方案，得出以下幾類配變終端設計方案：模數轉換芯片與DSP芯片該方案采用調理電路的方式把電網中的電流信號與三相電壓轉化成為和模數轉換芯片相適應的信號，通過把電壓電流信號轉化成相應的數字信號，再通過進行DSP芯片運算，可以得出與電網運行狀態相關的電參數。該方案具有較低的成本，且具有處理大量數字計算功能的DSP數據，優點顯著，不足在于自身的控制能力較弱。此方案適合各種測量儀表。模數轉換芯片、DSP芯片和單片機此種方案是對前一種方案的改進，通過DSP芯片完成數字計算，單片機根據相關電參數完成各類控制。但這種方案開發設計成本較高，DSP芯片和單片機之間需要大量的數據交換，軟件及硬件電路的設計較復雜；由于自身處理能力的限制，單片機在整體系統的可擴展性較弱，僅僅可以進行簡單的控制操作。專用電能計量芯片和ARM芯片數字信號處理器模塊與高精度A/D轉換模塊集成在專用電能計量芯片中，可以把A/D轉換結果直接轉化成數字信號并把電參數儲存參數輸出在寄存器里，利用通訊接口和外部的ARM芯片實現數據交換，從而簡化了電路設計；ARM處理器的優點不僅在于其控制能力比較強，而且由于其自身是多種外設控制器的集成，使得系統具有更強的擴展性，使得外設接入更加便捷,大大減少了外圍電路設計，降低了系統開發成本及開發周期。因此，專用電能計量芯片和ARM芯片是本次智能配變終端所采取的設計方案，電能計量芯片能夠完成對電參數測量，ARM模塊根據電能計量芯片測量的電參數可以完成對系統的控制，實現與外部的通信；此外，針對處理器和外設處理速度不相匹配的狀況，為合理利用處理器I/O資源，本次智能配變終端采用可編程邏輯器件CPLD作為橋梁實現和外設數據的同步，實現系統的擴展性和實時性的提高。如圖2-1。

A"!電”'觸電壓采樣電路_般B相電壓—?電壓采樣電路c相電壓，刺電壓采樣電路A相電流電能計技j—電流采樣電路8相電流電流采樣電路肅電流栗樣電路\=HaC相電流CPLDA"!電”'觸電壓采樣電路_般B相電壓—?電壓采樣電路c相電壓，刺電壓采樣電路A相電流電能計技j—電流采樣電路8相電流電流采樣電路肅電流栗樣電路\=HaC相電流CPLD處理器處理器LCD[i!fc=］系統曜■竺蘭費pF關電源開關母輸入接I】一B開關量輸出接IIf-J3Fig.2-1Thestructurediagramoftheterminal2.3芯片選擇2.3.1主控芯片選擇配變終端需根據電能計量模塊數據完成對外部設備控制，同時對原始數據統計分析，產生各種事件記錄，上報各種告警，聯絡各種通信，這就需要處理速度較高的處理器；若在低壓配電房或者配電箱里安裝配變終端，環境惡劣，一年四季溫差很大，具有較大污染的電網諧波以及持續運行的需求，使得配變終端芯片的抗干擾能力要比較強；主控芯片需要有充足的以適應配變終端的多種外設；配變終端不僅需要和剩余電流斷路器、多功能電能表以及智能電容器等進行電力設備的數據交換，還需要和遠程主站完成通信，因此，配變終端就需要有豐富的通信接口；測量的數據是配變終端進行FFT運算分析諧波含量的依據，這要求主控芯片要有相當的運算能力；在通過上述的分析后得出總結，本智能配變終端將使用STM32F429作為核心處理器。STM32F429是以ARM?Cortex?-M4的STM32F4系列單片機(MCU)為基礎，并采取了意法半導體的ART加速器川與NVM工藝，在出現閃存執行指令時，位于180MHz的工作頻率下來達到225DMIPS/608CoreMark的工作性能，它是到目前為止，所有以Cortex-M內核的微控制器為基礎的產品能實現的最高性能得分，同時該系列微控制器集成了單周期DSP指令和FPU,提升了計算能力，可以進行復雜的計算和控制，配變終端需求能夠充分滿足；在-40°C至105。。的工作溫度下，以3.3V來供電，高達2M的片上閃存，STM32F429的外部可擴展動態與靜態存儲設備。在STM32F429中，有USB2.0控制器、LCD控制器、UART、以太網MAC接口等，和外部的通信需求能夠完全滿足。2.3.2電量計量芯片選擇電能計量芯片不僅可以在處理器和簡單接口之間進行數據交換，還需要可以準確進行電網電參數的測量。ATT7022E是本終端所選擇的電能計量芯片。具有高精度、多功能特點的三相電能專用的計量芯片ATT7022E,在三相三線及三相四線均適用。ATT7022E是參考電壓電路、7路二階sigma-deltaADC和其他有效值、功率、頻率測量及能量的數字信號處理電路的集成，對于各相和合相的視在功率、有功功率、無功能量、有功能量等均可以測量，各相的電壓和電流有效值、頻率、功率因數等也可以測量，采用3.3V供電，ATT7022E有一個SPI接口，使得全部的校表參數和計量參數都能經過接口讀出，在和外部MCU實現參數傳遞時十分方便，上電與斷電時的工作也能夠因為內置電壓監測電路而保持穩定和正常。ATT7022E可以訪問實時三相電壓、三相電流通道的原始采樣數據，可以利用原始數據做快速傅里葉變換來對電網中電壓電流的諧波進行分析。2.4嵌入式實時操作系統選擇根據嵌入式實時操作系統的重要性能指標以及智能終端的實際運行要求有以下幾個嵌入式實時操作系統符合實際要求：uCos-II(Licosii):GPL以及商業兩個許可。uC/OS-II是一-類操作系統內核，它能夠移植，能夠植入ROM中，允許進行剪裁，可同時進行多任務，能夠進行搶占。這種實時內核的實施以搶占方式的優先級配置為基礎，而且在它之上能夠提供非常普通的系統性服務，比如郵箱，信號量，中止管理，內存管理，消息隊列等等。2、FreeRtos：和ucos-ii比較相似，移植更加便利，超過uCos-II的勢頭顯著，GPL許可。FreeRTOS操作系統與embOS、UC/OS-II等等商業類型操作系統相比，特征是能夠做到不收取任何費用，它的源代碼是公開性的，在減裁、移植、調度上更加靈活方便，能夠便利地移植于多種單片機器上進行運作。以使用者需求不同，FreeRTOS的內核允許被設置為不可剝奪型內核或者可剝奪型內核。在設定成可剝奪型內核的狀態下，較低優先度任務的CPU的占用權就會被位于就緒狀態較高的優先級任務擠占，以此來確保系統對于實時性的需要；在被設定成不可剝奪型內核的時候，它能夠提升CPU運行時的效率，除非目前運行的任務主動將CPU的使用權釋放，否則FreeRTOS位于就緒狀態的高優先級的任務就無法進行oFreeRTOS操作系統的優勢和缺陷都很明顯。它的缺陷在系統服務的功能上有所顯現，例如FreeRTOS僅僅提供了信號量以及消息隊列的實現，不能通過后進先出的次序發送消息給消息隊列；不僅如此，FreeRTOS僅僅是個操作系統的內核，它需要向外擴展第三方的FS（文件系統）、TCP/IP協議棧、GUI（圖形用戶界面）等才可以實現一個十分繁雜的系統，而nC/OS-II都能夠跟uC/TCP-IP、uC/FS、uC/GUI等緊密聯結。3、CoOS：GPL以及商業雙許可。開源而且不收費；定制的ARMCortex操作系統；可剪裁性很強，系統內核最小只有974Byte；多種編譯器均可行：GCC、ARMCC、ICCARM；時間片轉換以及優先級搶占均受支持；檢驗堆棧溢出；自動適應任務算法調度；互斥等同步通信方式、信號量、事件標志、隊列、郵箱；零中止延時時間。綜上所述，因為智能終端CPU使用的是ARMCortex結構，所以智能終端的嵌入式實時操作系統選擇CoOSo2.5軟硬件開發環境（l）MDK-ARM開發軟件的平臺所使用的軟件MDK-ARM是由Keil公司進行研發的，這個軟件能夠用于開發以ARM核為基礎的系列微型控制器的嵌入式應用程序。MDK內含有的組件有工業標準的調試器、宏匯編器、實時內核、KeilC編譯器等等，對所有以ARM為基礎的的設備，它都能夠使工程師依照原有的計劃將項目完成。運用MDK-ARM能夠創建源文件并且把創建的源文件構造成一個工程，該工程用于定義目標應用程序，由于它提供嵌入式應用程序的自動編譯、匯編和鏈接，使用者能夠將所有注意力聚焦于MDK-ARM集成開發的環境，MDK-ARM引進的窗口管理系統十分靈活，多臺監視器均可以被開發者使用，它還提供視覺上的表層對窗口位置的所有地點進行全部的控制；MDK-ARM的源代碼級調試器十分適用于可靠迅捷的調試。此調試器擁有一個十分快速的軟件仿真器，它能夠對一個包括片上外設以及外部硬件的整體ARM系統進行仿真。AltiumDesignerPCB以及原理圖的設計都采用AlliumDesigner軟件。AlliumDesigner軟件不僅全面保留了例如ProtelDXP、Protel99SE等之前系列版本的優勢以及功能之外，而且添加了較多的高端功能，進行了大幅度的改進。這個平臺將板級設計的傳統界面進行了拓展，使得SOPC設計的實現功能和FPGA設計功能做到了全面集成，因此進行工程設計的工作者能夠將系統設計中的PCB、FPGA設計及嵌入式設計進行集成。2.6本章小結本章首先通過對智能配變終端所采用相關標準和國家電網的實際需求進行了調查研究，確定了智能配變終端所需功能和技術指標，接著比較目前市場上比較主流的配變終端硬件設計方案，在分析它們各自優缺點的基礎上，設計確定了智能配變終端硬件方案，最后對配變終端主控處理器、電能計量芯片進行選型，以及使用的嵌入式實時操作系統進行選型，并介紹整個項目開發所需要的軟件環境。3配變終端模塊硬件電路設計3.1硬件電路總體設計配變終端主要由主控板、電源板、進線交采板、出線交采板、遙控和RS485板、電容投切和模擬量采集板、GPRS通訊板七塊板組成，七板之間通過總線板連接，圖3-1為終端硬件連接圖。圖3-1配變終端硬件連接圖(1)主控板是配變終端的核心，控制各個模塊運行，根據基礎數據生成各種事件記錄和告警，并存儲相關數據，同時實現人機交互功能，圖3-2為主控板PCB圖。圖3-2主控板PCB圖(2)電源板包括三路電源輸出，為整個配變終端系統提供電源。圖3-3為電源板PCB圖。

圖3-3進線交采板PCB圖進線交采板包含電壓互感器、電流互感器和電能計量芯片，重點采集JP柜進線端的三相電壓與電流，利用電能計量芯片計算電參數，包括電壓和電流有效值、視在功率、有功功率、頻率等，為主控單元提供基礎數據。圖3-4為進線交采板PCB圖。EM；5匚HA心itm.?o圖3-4進線交采板PCB圖出線交采板包括三組電能計量電路，可以采集JP柜(配電房)三路輸在本篇論文中，主要針對配電自動化系統，進行了更深層次的細致分析，并對配變終端在全球范圍內的廣泛應用現狀，進行了詳細的闡述。基于配變終端及其多樣化國家標準，本文最終確定了該配變終端涉及到的相關功能以及諸多技術指標，借鑒當前國內配變終端技術方案，主要將智能型配變終端，進行如下設計：其中，將STM32F429作為核心處理器，并且將電能采集芯片設定為ATT7022E型號，支持數種類型的常見通信方式。其次，在該配變終端中，主要選擇分立板卡式結構，即將主控板、輸入及其輸出控制板等，通過總線板進行連接，并詳細論述各模塊硬件電路設計，介紹印制電路板設計流程和終端設計時采用的硬件抗干擾技術。最終，本文重點針對電參數測量理論，開展進一步的深層次研究，并且基于快速傅里葉變換，實現相應的諧波計算，以此來設計諸多軟件程序。在此期間，本文主要通過模塊化設計方法，實現電能數據采集、諧波監測、人機交互、通信等功能。與此同時，本文將主機模式，設定為SPI驅動程序，以此來讀取ATT7022E寄存器中存在的各種電能數據；并選擇以時間抽取為基礎的2-FFT算法，分析電網中2?21次諧波幅值。在開發按鍵和LCD顯示程序基礎上，設計出科學完善的LCD多級菜單，并通過實時曲線來詮釋程序;此外，本文還設計了GPRS通信程序。計算機監控軟件采用376.1協議，使用GRPS模塊與配變終端通信，實現對電網設備運行參數和諧波在線監測。關鍵詞：配電自動化配變終端電能采集快速傅里葉變換監控系統

出端的電能參數。圖3-5為出線交采板PCB圖。圖3-5出線板PCB圖遙控和RS485板包括4路繼電器輸出節點和3路RS485電路，為主控單元提供外部接口。圖3-6為出遙控和RS485板PCB圖。

圖3-6遙控和RS485PCB圖圖3-6遙控和RS485PCB圖電容投切和模擬量采集板包括電容投切電路和模擬量采集電路，為主控單元提供電容投切驅動電路，以及采集外部模擬量，如變壓器溫度。圖3-7為電容投切和模擬量采集板PCB圖。rnp1-s"bg.g^A^?t1^:?.*^-_pOI圖3-7rnp1-s"bg.g^A^?t1^:?.*^-_pOIGPRS通訊板包括電容投切電路和模擬量采集電路，為主控單元提供電容投切驅動電路，以及采集外部模擬量，如變壓器溫度，柜體溫度、濕度等。圖3-8為GPRS通訊板PCB圖。、八.導b部m-frJt#苔m伽b眇研l"廣?RQRCXXXXXOMOULO.O2013.12.979nn

3.2、八.導b部m-frJt#苔m伽b眇研l"廣?RQRCXXXXXOMOULO.O2013.12.979nn主控板是配變終端的核心板，配變終端需要保存三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因素等日月數據，還需保存最近256條重要事件記錄和256條一般事件記錄，配變終端在進行數據處理，諧波計算等操作需要較大臨時緩存空間，同時以及其他用戶電能表信息，這就需要配置存儲器和RAM,保證數據的存儲和緩存。配變終端工作環境惡劣，為了提高配變終端抗干擾能力，設計中增加了看門狗和復位電路。為了提高主控芯片STM32F429的運行效率解決與外部設備速度匹配問題，使用CPLD為LCD、按鍵和指示燈的提供驅動。同時為了便于現場維護和操作主控板設計有RS232電路和USB2.0接口。SDRAMV―?VNANDFLASHVSDRAMV―?VNANDFLASHV—?主控芯片(STM32F429)V復位、看門狗V—>V?USB2.0接口-RS232接口3.2.1鍵盤和顯示電路設計在設計時，為了使操作簡單，采用獨立式的鍵盤結構。獨立式結構是由I/O口線所組成的單個按鍵電路，每一個按鍵都是單獨占用一根I/O口線，某個按鍵的工作對于另外I/O口線的狀況不會有影響。獨立式的按鍵電路結構簡單，配置靈活。圖3-10鍵盤接口電路配變終端采集數據是顯示模塊主要顯示的數據。采用160*160點陣型LCD模塊TG160160B-18L,采用并行接門。U14L4JD-GNR1LCDRS2GNULX31WR3RSLCDRD4XVRL￡3)CSSRDLTDRSI6CSLODJV37RSTDHC8VDC9DBCDB210DBl(Wi311DB2DH412DB3DB513DB4［洶!4DB5DB115DB6LHIJ-16DB717L.CD-3V318LED-NC■cr\_iLED*TGI60160BI8L圖3-11LCD接口電路3.2.2存儲器擴展電路設計根據配變終端設計需求，使用一片NANDFLASH(K9F1G08U0A)作為數據存儲器，兩片SDRAM(W9825G6DH)作為數據緩存器，存儲擴展電路如圖3-12所示。

CLKOUTtCKEOUTttDYCKDOMOUTCDOXKJUTIaCAS血普swl-^"Ui2>1Hnnil(kJ頃IInOYgitTOMin32>M\_XAlCLKOUTtCKEOUTttDYCKDOMOUTCDOXKJUTIaCAS血普swl-^"Ui2>1Hnnil(kJ頃IInOYgitTOMin32>M\_XAl\Al\111Ad"Al'A2、A3、Ad指RA?AHMAlflAllAI2BA(!BAIvssvssvssvsscvssqvssyVSSQ麗25G6IMIIKXJl)QIIXJ2l)Q3IKMIXJ5IXJ6\WIX；MIAOAlA2A3AdMMA7AHMA1<1-All川—23>4s>67x^ul，~3—swwwwwwwwww""叫a”x;l3.2.3復位和看門狗電路設計為了提高主控芯片STM32F429抗擾能力，設計時使用外部復位電路和看門狗電路。如圖3-13所示。硬件看門狗芯片采用SP690低電平復位芯片，提供看門狗保護功能以及供電電壓檢測報警功能。SP690芯片復位時間為1.6s,低電壓檢查閾值為1.25V。STM32F429通過I/O口向SP690的WDI引腳提高喂狗信號。如果WDI引腳一直保持高電平或者低電平時間超過1.6秒，這是SP690內部定時器溢出，使RESET引腳輸出低電平復位。電源電壓可以對報警功能進行檢測，在通過6.2K與2.2K的電阻分壓后，5V的電源電壓將輸入到SP690的PFI引腳，若外部電源斷電或有電源電壓故障出現，當PFI引腳的電壓減小到比1.25V小時,PFO將會從高電平轉變成低電平，觸發STM32F429的外部中斷，STM32F429進入掉電運行狀態，此時STM32F429會立即將重要數據保存起來。VbatiVouiVccKI-STR119RnRFXF.TWDHMJX6WDIVbatiVouiVccKI-STR119RnRFXF.TWDHMJX6WDIPFOGNU圖3-13看門狗和復位電路3.2.4RS232接口和USB接口電路RS232接口電路由STM32F429的UART外設轉換而來，配變終端RS232接口主要用于可用于現場調試和維護，使用三線制，其數據傳輸速率為2400bpso美國電子工業協會EIA(ElectronicIndustryAssociation)制定了RS232的串行物理接口標準。本設計采用SP3232EEY-L/TR實現STM32F429的串口TTL邏輯電平和RS232邏輯電平的雙向轉換，如圖3?14所示。配變終端使用USB-H0ST接口電路用于操作U盤數據用于終端數據存儲和程序升級。

3.3進線交采板電路設計進線交采板包含電壓互感器、電流互感器和電能計量芯片，重點采集JP柜進線端的三相電壓與電流，利用電能計量芯片計算電參數，包括電壓和電流有效值、視在功率、有功功率、頻率等，為主控單元提供基礎數據。3.3.1電壓和電流信號調理電路設計為了提高配變終端的可靠性和安全性，本設計使用互感器隔離模式，使不存在直接相關的電信號，從而實現對電路中的元器件和芯片的保護；此外,是為了達到電能計量芯片更好的計量準確度。如圖3-15,如圖3-16所示±0.7Vp是ATT7022E的電壓通道輸入范圍，故在進行ZMPT101B電壓互感器的挑選時，以2mA/2mA的規格作為選擇。以標準電壓AC220V作為例子，220V/2mA=110K應該是限流電阻的電阻值，而采用串聯2個57K的電阻可以降低電阻的功耗。把電流信號經過采樣電阻轉變成電壓信號，并傳送給ATT7022E芯片。以500作為采樣電阻，可以達到ACO.IV左右的電壓信號，在電壓通道的輸入端輸入ATT7022EoATT7022E電流通道輸入范圍土0.7Vp,0.IV是電流信號的普遍數值，其電路采取的通常是型號為ZMCTI16A的電流互感器，5A/2mA是其主要規格，50歐是其采樣電阻值，通過電阻的阻礙作用將通路上的電流信號經過轉化變為0.IV的電壓信號，并連接到ATT7022E電流互感器的輸入端。使用低通濾波的方式來形成電路，通過阻容濾波電路來使高次諧波分量過濾開來，使其出現抗混疊的功能。R3OIS3O4ZMPTIOIBrl<M2WSS3O5ZMPTIOIBrT2VMZ2NS:C3O30.01uF0.0luF3020.01uF0H>斐3尖赤I"S3O6ZMPTIOIBKis4>K309={=(S3O4ZMPTIOIBrl<M2WSS3O5ZMPTIOIBrT2VMZ2NS:C3O30.01uF0.0luF3020.01uF0H>斐3尖赤I"S3O6ZMPTIOIBKis4>K309={=(306W)luFS3O111a23S3O111a23ZMC'TII6A圖3-16電流信號調理電路圖C3O7O.O1uFC3O?0.01uFC311=C3120.01S3O111a23ZMC'TII6A圖3-16電流信號調理電路圖C3O7O.O1uFC3O?0.01uFC311=C3120.01111().0I主控芯片STM32F429和ATT7022E經由SPI接口產生通信，同時STM32F42經過SPI接口來向電能計量芯片發送系列校表數據，從而校準不同測量參數，并且使電能計量芯片在寄存器中采集的數據被準確讀取。由于SPI傳輸信號線在物理狀態下回出現抖動與被干擾的情況，因此串聯一個電阻值較小的電阻在SPI信號線上是十分必要的。同時與IC輸入端的寄生電容C與這個電阻連接起來能夠形成一個低通濾波器，將SPI接口信號上產生的震蕩消除掉，并且結合實驗的具體情況來合理使用100Q電阻。選3pF的電容。DINDOUTRESETSCLKSIGcsSELOSCIOSCOTESTDINDOUTRDINDOUTRESETSCLKSIGcsSELOSCIOSCOTESTDINDOUTRESET~SCLK.SIG35CS1GNDC3493p3.4出線交采板電路設計出線交采板包括三組電能計量電路，可以采集JP柜（配電房）三路輸出端的電能參數。和進線交采板一樣使用專用電能計量芯片ATT7022E測量相關數據。3.5電源板電路設計根據配變終端設計需要，電源使用三線四線全波整流的開關電源方案，電源輸入端任意兩根線有電均能正常工作。電源輸出用三路分別為：5V,12V,15V。5V電源為主要為主控系統供電；給外部設備進行供電的電源主要是12V電源；其他模塊或者擴展載波模塊使用的電源為15V電源，見下圖3-18圖3-18電源模塊基本原理示意圖:主圭ij士rME金一?4?，l(l:M圖3-18電源模塊基本原理示意圖:主圭ij士rME金一?4?，l(l:Mltl?x22242?2>.M.l:.u.w”4<4244&4>5<5;Mse9K/?9—JSJgllIJl?l:K2l2*2*>K>lA?'t?l:M4l4*4<4:，sl5?s!￡?lt:m=±ii言1—?根據配變終端設計需要，配變終端設計3路RS485接口和4路遙控輸出°為了提高抗干擾能力，輸入輸出接口均使用光耦隔離。如圖3-19所示。AbstractInthispaper,wefocusonthedistributionautomationsystem,andcarryoutadeeperandmoredetailedanalysis,andelaborateonthewideapplicationstatusofthedistributionterminalintheworld.Basedonthedistributionterminalanditsdiversifiednationalstandards,thispaperfinallydeterminestherelatedfunctionsandmanytechnicalindicatorsinvolvedinthedistributionterminal.Basedonthecurrentdomesticdistributionterminaltechnologysolutions,theintelligentdistributionterminalisdesignedasfollows:Amongthem,theSTM32F429isusedasthecoreprocessor,andthepoweracquisitionchipissettotheATT7022Emodel,whichsupportsseveraltypesofcommoncommunicationmethods.Secondly,inthedistributionterminal,themainselectionofthediscreteboardtypestructure,thatis,themaincontrolboard,theinputanditsoutputcontrolboard,etc.,areconnectedthroughthebusboard,andthehardwarecircuitdesignofeachmoduleisdiscussedindetail,andtheprintedcircuitboardisintroduced.Hardwareanti-jammingtechnologyusedindesignflowandterminaldesign.Intheend,thispaperfocusesontheelectricparametermeasurementtheory,carriesoutfurtherin-depthresearch,andimplementsthecorrespondingharmoniccalculationbasedonthefastFouriertransformtodesignmanysoftwareprograms.Inthisperiod,thispapermainlythroughthemodulardesignmethod,toachievepowerdataacquisition,harmonicmonitoring,human-computerinteraction,communicationandotherfunctions.Atthesametime,thispapersetsthehostmodeastheSPIdrivertoreadthevariousenergydataexistingintheATT7022Eregister;andselectsthe2-FFTalgorithmbasedontimeextractiontoanalyzethe2~21inthegrid.Subharnionicamplitude.BasedonthedevelopmentofbuttonandLCDdisplayprogram,thescientificandperfectLCDmulti-levelmenuisdesigned,andtheprogramisinterpretedbyreal-timecurve.Inaddition,theGPRScommunicationprogramisalsodesigned.Thecomputermonitoringsoftwareadoptsthe376.1protocol,andusestheGRPS

圖3-19圖3-19遙控和RS485板原理圖圖3-19遙控和RS485板原理圖3.7電容投切和模擬量采集板電路設計圖3-19遙控和RS485板原理圖根據配變終端設計需要，配變終端設計有電容投切電路和模擬量采集電路。模擬量采集電路可以配合熱敏電阻測量變壓器和柜體溫度，使用STC12C5410AD單片機為采樣芯片。如圖3-20所示。圖3-20電容投切和模擬量采集板原理圖

3.8GPRS通信板電路設計圖3-20電容投切和模擬量采集板原理圖根據配變終端設計需要，采用GPRS模式實現與遠程主站通信。根據使用方式和性價比角度考慮，決定采用的模塊是深圳有方科技公司提供的M590E模塊的GPRS模塊，其屬于GPRS/GSM工業級無線模塊，能夠為用戶提供數據業務以及短信等功能，可以使用標準AT指令集。圖3-21GPRS模塊電路原理圖3.9本章小結圖3-21GPRS模塊電路原理圖本章首先對配變終端硬件電路進行總體設計，接著詳細闡述每個模塊硬件電路設計。4配電終端操作系統設計方案4.1配電終端軟件編譯環境的介紹和配置當前STM32芯片使用比較多的編譯環境有IAR編譯器和MDK編譯器。Keil在國內外有享有盛名，是德國一家知名的以前被稱為Keil,現在被ARM公司合并的軟件開發公司開發的一個微軟控制器軟件平臺，專門為了開發軟件使用。其包含了仿真調試器、庫管理、連接器、宏匯編以及C編譯器為一體的整套開發方案，使用uVision這個開發環境將所有的功能集合在同一個平臺。uVision5是目前為止uVision的最高版本，十分強大，同時在MDK編程的開發環境下進行對CoOS系統程序設計即方便又快捷。用MDK編譯環境進行系統程序設計的簡單操作如下：先準備好標準外設庫，打開MDK軟件，在project中點擊NewuvisionProject新建一個工程。創建完成后，程序提示我們選擇你所使用的芯片，這里選擇的是STM32F429。SelectDeviceforTarget*TargetT..?X[SoftwarePacks刁Vendor:STMicroelectronicsDevice:STM32F103VEToolset:ARMSearch:|stm32f103ve~STMicroelectronicsSTMicroelectronicsSTMicroelectronicsSTM32F1SeriesSTM32F103STM32F103VEDescription:STMicroelectronicsSTM32F1SeriesSTM32F103STM32F103VESTMaoetectronics'STM32F1senesofmainstreamMCUscoverstheaneedsofalargevarietyofappicationsintheindustrial,medicalandconsumermarkets.Hghperfonnancewthfrst-dasspenpherafcandlow-po^w.low-voltageoperationispairedwithahighlevelofintegrationataccesstolepneeswithasimplearchitectureandeasy-to-usetools.Typicalapplcabonsindudemotordnvesandapplicationcontrol,medcalandhandheldequpment.industrialapplications.PLCs,inverters,prtnten.andscanner,alamisystems,videortercom.HVACandhomeaudioequipmentLCDparaldnteftace.8080/6800modes5V^olerantI/Os-TimervsithquadratureOncremental)encodernput添加文件到工程中。

彖幽◎@做|削s彖幽◎@做|削stm32ed冬Project:stm32i-stm320一iSTARTUP□System乙LibQUSRReadmeQAddFilestoGroup'STARTUP'哥流國(I)：ISTARTUP名稱startup_stm32f10x_hd.s修改日期類型2011/3/1010:52S文件AddAdd文彳^S(N):15tartup_stm32f10x_hd.s4.2CoOS系統移植AddCoOS是專門針對于ARMCortex-M系列設計和優化的一款可剪裁的多任務實時內核，移植簡單快捷，下面把如何將CoOS移植到STM32工程中做簡單介紹。將CoOS文件夾中的kernel和portable兩個文件夾全部拷貝到工程文件夾中，并將兩個文件夾中.c文件添加到MDKI程中。打開OsConfig.h文件，配置信號量、互斥量、消息隊列、消息郵箱等功能為開。按照以上步驟，將CoOS移植成功，接下來就在main函數中創建用戶需要的任務，系統便能正常運行。4.2配變終端軟件框架為了使系統維護和管理更加方便，本此設計終端軟件時將使用模塊化設計任務的方案，將其按照不同功能進行相應的任務劃分，把代表每…種功能的模塊定義為不同的系統任務。同時核心任務模塊將對所有不同功能模塊之間的任務與通信進行調節，并使不同任務間的耦合降低，減少彼此影響的程度，便于維護和升級軟件，下圖5-1是系統軟件框圖。初始化任務核心任務電能采集計量任務人機交互任務諧波測量任務遙信信號采集任務斷路器數據采集任務電能表數據采集任務GPRS通信任務圖5-1系統軟件框圖初始化任務模塊：CoOS實時操作系統創第一個任務，主要功能是初始化整個系統正常運行所需的各種資源，包括硬件初始化和功能模塊任務初始化，硬件初始化包括GPIO、TIME、SPI、UART、DMA、USB、FMC等相關硬件接口進行初始化工作，在功能模塊進行初始化后便可以使其完成模塊配置相關參數的初始化任務，比如電能數據采集計量模塊初始化完成ATT7022E芯片相關校表參數的配置等工作。電能采集計量任務模塊：采集配電變壓器輸出端和配電柜各輸出分支的頻率、視在功率、無功功率、有功功率、有功電流、三相電流值以及三相電壓值，主控芯片STM32F429可以通過SPI接口直接讀取ATT7022E寄存器中電參數數據。人機交互任務模塊：處理液晶顯示與使用按鍵輸入是其最主要的任務，通過按鍵輸入程序來檢測按鍵的運行狀態，并參照取鍵值執行相應的任務，因此液晶顯示程序將根據用戶的操作實時顯示用戶關注的配變終端相關數據。諧波測量任務模塊：計算出電網中電壓、電流諧波的含量和幅值。GPRS通信任務模塊：主要完成主站通信任務。電能表數據采集任務模塊：通過RS485采集三相電能表數據。斷路器數據采集任務模塊：通過RS485采集剩余電流斷路器數據遙信信號采集任務模塊：采集配變終端進出線開關等電網設備狀態信息。電容投切任務模塊：根據功率因數完成電容相關投切。配變終端開機時首先啟動初始化任務，為后續任務模塊運行提供合適運行環境。核心任務模塊負責各個功能模塊之間通信和任務協調。GPRS通信任務模塊監測配變終端與主站通信，如果有數據，從中分離出符合1376.1協議數據幀，根據對數據幀解析完成，并把需要進行相應操作通過郵箱發給核心模塊，由核心模塊協調相關操作，如控制剩余電流斷路器合分閘、向主站發送電能參數、設置配變終端相關運行參數等操作。人機交互任務模塊通過檢查按鍵狀態，使其順利執行人機交互相關的任務，比如使用按鍵功能來達成切換菜單的目的或者設置終端數據等操作，同時將相關數據顯示在液晶顯示器上，如電能數據、曲線數據等。電能采集計量任務模塊一秒鐘采集一次電網三相電流和電壓，并將原始數據發給核心任務模塊，同時核心任務模塊將數據轉發給諧波測量任務模塊，對采集電流和電壓數據做FFT變換計算電網諧波幅值。電能表數據采集任務模塊每一分鐘采集一次三相電能表數據。4.2電能采集計量任務模塊程序設計ATT7022E通過將電路網中的電壓與三相電流處理之后，STM32F429可以借助SPI接口獲取如頻率、功率因素、視在功率、無功功率、有功功率以及電流電壓有效值等數據。系統首先對STM32F429的外端SPI接口開始初始化工作，其中有控制器工作模式、數據長度、總線類型、串行時鐘速率的設置等。ATT7022E在SPI通路中的通訊格式為發送8位命令，后面是LSB,前面是MSB,一共有24位數據，其中具體格式在后文做出了詳細解釋：Bit6???0：即代表寄存器地址。Bit7：1即代表命令的編輯功能，ATT7022E寄存器的數據被外部MCU寫入。Bit7：0即代表命令的讀取功能，常用在ATT7022E寄存器的數據被外部MCU讀取。ATT7022E的SPI_SCLK速率最高為10MHz,當SCLK頻率低于500kHz時，不需要等待時間，即等待時間為OuS；當SCLK頻率高于500kHz時，則需要等2uS,圖5-3為ATT7O22E電能數據采集流程圖。SP1接口初始化開始AU7022E初始化SP1接口初始化開始ATT7022E片選寫入讀取命令N0延時SCLK低T500KN0延時讀取寄存器數據圖5-3電能數據采集流程圖Fig.5-3TheFlowchartofEnergydatacollection電能采集計量任務每隔1秒鐘讀取一次ATT7022E電能參數，主控芯片STM32F429為SPI主機，ATT7022E為從機，根據ATT7022E芯片SPI時序要求，讀取ATT7022E寄存器中數據時，需先發送待讀取的寄存器地址，再發送一個nop(任意值)，SPI從機ATT7022E將寄存器數據發送給STM32F429,同樣STM32F429向指定ATT7022E寄存器寫數據時，同樣需先寫發送待寫入數據的寄存器地址，然后再發送需要寫入的數據，ATT7022E讀寫函數如下：unsignedintRead_AND_Writc_Spi(unsigncdcharcom,unsignedintdata)(unsignedchari;unsignedinttenp;data=0;CS=1;SCLK=O;CS=O;for(i=0;i<8;i++){SCLKF;if(com&0x80)(MOS1=1;1eIse{MOS1=0;}SCLK=O：com?=1;1deIay⑶；for(i=0;i<24;i++)(SCLK=1;if(data&0x8000)(MOS1=1;}eIse(MOSI=O;)data?=1;if(MISO)temp+=1;temp<<=1;SCLK=O：1CS=1;returntemp;14.3諧波監測任務程序設計諧波將會帶來極為嚴重的后果，不僅能夠影響到電能的產量與正常傳輸,而且能夠造成電氣設備過熱，引發不必要的噪音。與此同時，還會加快絕緣老化的速度，有效降低實際使用壽命。除此之外，諧波還能造成電力系統的局部出現串聯或者并聯諧振的現象，從而使得諧波含量被不斷擴大，將很有可能直接造成電容器等諸多設備的損害。由此能夠得知，針對電力系統諧波分量的監測尤為重要。電力系統的諧波分析，通常是通過快速傅里葉變換(EFT)實現。STM32F4的Cortex-M4內核不僅內置硬件FPU單元，還支持DSP多種指令集，比如支持單周期乘加指令(MAC)、優化的單指令多數據指令(SIMD)等。因此Cortex-M4執行所有的DSP指令集都可以在單周期內完成，而Cortex-M3和M0需要多個指令和多個周期才能完成同樣的功能。比如開方運算，M3和M0只能通過迭代法(標準數學函數庫)計算，而M4F直接調用VSQRT指令完成。使用STM32官方提供的DSP庫進行FFT,雖然在使用上有些不靈活(因為它是基4的FFT,所以FFT的點數必須是4An)，但其執行效率確實非常高效，以64點FFT運算為例，所需時間小于100uso諧波監測程序采用STM32官方DSP庫提供的FFT算法(arm_cfft_radix4_f32)計算電網諧波。本設計將電網三相電壓和三相電流，經常AD采樣得到電壓和電流數據，然后對采樣數據做FFT變換，計算出信號中各次諧波幅值，圖5-5為諧波分析流程圖。由于需要分析諧波次為21次,每個周波至少采集63點，因為采用時間抽取基4-FFT算法，則采樣點數取64點。交流電頻率為5()Hz,系統采用頻率fs為3.2K，信號分辨率為5()Hz。開始輸入序列調用FFT函數▼結果輸出圖5-5諧波分析流程圖FIG.5-5TheFIowChartofHarmonicanalysis4.4人機交互任務模塊程序設計4.4.1按鍵程序設計為了簡化程序復雜度，使用掃描方式檢查按鍵狀態。配變終端使用的按鍵，通常表現為輕觸機械開關，其按鍵接點主要表現為斷開狀態，在操作按壓按鈕的過程中，因為機械觸點存在一定的彈性作用，故此，按鍵開關在開閉的過程中，會有一個緩慢的過程，并伴隨著持續的抖動現象，雖然己經在硬件上加了去抖電路，但是為了按鍵檢測的可靠性在程序中增加了去抖功能，在連續檢測到按鍵按下時，則認為按鍵按下，按鍵掃描程序返回鍵值。按鍵程序流程圖詳見圖5-6。moduletocommunicatewiththedistributionterminaltorealizeon-linemonitoringoftheoperatingparametersandharmonicsofthepowergridequipment.KeyWords:DistributionAutomation；DistributionTransformerTerminal；EnergyAcquisition；FFT;TheMonitoringSystem圖5-6按鍵程序基本流程示意圖Fig.5-6TheFlowchartofthekeyprogram對于掃描按鍵程序代碼而言，大致如下：unsignedcharKeyScan()(staticunsignedcharkey_state=0,key_va!ue,keyoff,key_onoff_flag;unsignedkey_return=O;unsignedinitemp1;tempi=GPIO_RcadhputDataBit(GPIOD,GPIO_Pin_2)|(GPIO_ReadnpulDataHt(GPIOC,GPIO_Pin_12)?1)|(GPlO_RcadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_ll)?2)|(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_10)?3)(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_15)?4);switch(key_state){case0:key_value=templ&0x1f;if(key_value!=Oxlf)(key_state++;}break;case1:if(key_value==(tempI&0xIf))(kcy_state++;)else(key_state—;)break;case2:if((templ&0x1F)==OxIF){key_state=O;switch(key_value)(caseOxOF:key_return=enter;break;caseOXID:kcy_rcturn=csc;break;case0X17:key_return=up;break;case0x1E:key_return=down;break;case0x1B:key_return=onoff;break;default:break;}}break;dcfault:brcak;returnkey_return;)該函數每隔10ms調用一次，連續檢測到2次為正常按鍵按下，同時需在按鍵彈起時返回按鍵值。LCD顯示程序設計本設計使用顯示屏為TG160160B-18L,工作電壓為+3.3V、寬溫工作-20°C到+70笆、點陣數為160*160,其具體引腳，詳見圖5-1：圖5-1TG160160B-18L引腳Table.5-1ThePinoftheTG160160B-18L編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源負10DB2數據引腳2AO寄存器選擇輸入11DB3數據引腳3WR讀寫選擇信號12DB4數據引腳4RD讀寫使能13DB5數據引腳■CS使能信號14DB6數據引腳6RST復位15DB7數據引腳7VDD電源正16LED-背光源負極8DBO數據引腳17NC懸空9DB1數據引腳18LED-背光源正極對于TG160160B-18L而言，其具體操作大致如下：寫入指令：輸入指令：XCS=L,A0=L,RD=H,WR=L,D0-D7=指

令碼,WR=H;輸出指令：暫無。寫入數據：輸入數據：XCS=L,AO=H,RD=H,WR=L,DO?D7=數據，WR=H,XCS=H;輸出數據：暫無。其中L表示低電平，H表示高電平。對于液晶顯示器來說，當其完成上電時，應該首先進行初始化操作，才能實現顯示，其初始化過程中的具體步驟大致如下：write,writewritewritewritewritewritewritewritewritewritewritewritewritecomand_to_lcd(0xE2);//寫指令0xe2,系統復位comand_to_lcd(0xc9);〃寫指令0xc9,設置LCD偏壓比comand_tojcd(0x81);//寫指令()x8,設置VOP指令comand_to_lcd(()xe8);//寫指令0xe8,設置VOP具體數值comand_to_lcd(()xaf);//寫指令Oxaf,顯示使能comand_tojcd(0xf4);//寫指令0xf4,0x25,設置顯示窗口最左邊第comand_tojcd(0x25);一條豎線對應IC的SEG位comand_to_lcd(0xf5);//寫指令Oxf5,0x00,設置顯示窗口最上邊第comand_tojcd(0x00);一條橫線對應IC的COM位置comand_to_lcd(0xf6);//寫指令0xf6,0x5A,設置顯示窗口最右comand_to_lcd(0x5A);邊最后一條豎線對應IC的SEG位置comand_to_lcd(0xf7);//寫指令0xf7,write,writewritewritewritewritewritewritewritewritewritewritewritewritewrite_comand_to_lcd(Oxd1);//寫指令Oxdl,設置色彩樣式writc_comand_to_lcd(0xd5);//寫指令Oxd5,設置色彩模式write_comand_to_lcd(0xC4);//寫指令0xc4設置LCD屏和ICRAM關系4.4.3功能菜單程序設計對于該系統而言，其所涉及到的菜單，重點選擇多級嵌套形式，通過6個按鍵彼此之間的協調配合，表現出極為良好的LCD菜單功能。在菜單程序的實際設計過程中，最為重要的部分，即為不同菜單的依次切換，其具體設計過程大致如下：首先，基于實際需求，構建出合理結構，并設定結構變量KbdTabStructo實際上，結構變量就是諸多單一變量的組合，而單一變量則代表結構元素。通常情況下，結構變量中會涉及到8個結構元素，即7個字符型及其1個指針變量。其中，7個字符型變量主要代表相關按鍵的對應索引號，而1個指針變量主要代表需要執行的函數。8個結構元素組成了結構數組，在該數組中能夠為所有的菜單項，編制獨立性函數。此外，還能基于菜單的實際嵌套順序，對菜單項的依次索引號，進行細致排列。其基本程序詳見下述內容：typedefstructfucharKeyStaleindex;〃當前狀態索引號ucharKeyLeftState;〃按下“左”鍵時轉向的狀態索引號ucharKeyRightState;〃按下“右”鍵時轉向的狀態索引號ucharKeyDnState;〃按下"下”鍵時轉向的狀態索引號ucharKeyUpState;〃按下“上”鍵時轉向的狀態索引號ucharKeyCrState;//按下“回車”鍵時轉向的狀態索引號ucharKeyBackState;〃按下“退回”鍵時轉向的狀態索引號void(*CurrentOperate)();〃當前狀態操作}KbdTabStruct;#defineSIZE_OF_KEYBD_MENU55//菜單總長度KbdTabStructcodeKeyTab[SIZ或OF_KEYBD.MENU]=((0,0,0,1,0,0,0,(*MainJobl)},{l,7,2,8,0,0,0,(*DspPoint)},//第一層{2,l,3,8,0,0,0,(*DspCurve)),〃第一層(3,2,4,36,0,0,0,(*DspKout)),〃第一層{4,3,5,50,0,0,0,(*DisCloseDown)},〃第一層{5,4,6,8,0,0,0,(*ModifyPoint)},〃第一層(6,5,7,52,0,0,0,(*SetCIoseDown)},〃第一層{7,6,1,0,0,0,0,(*Cancel)},〃第一層{52,53,53,0,l,0,0,(*OkSetCloscDownl)},{53,52,52,0,1,0,0,(*OkSetCloseDown2)(,{54,0,0,(),(),0,0,(*Disable)},1；voidGetKeyInput(unsigncdcharkey)switch(key)〃回車鍵(caseOxeO:KeyFuncIncbx=KeyTabfKeyFuncIncbx].KeyCrSt<te;break;caseOxbO:〃向卜鍵KeyFuncIncfex=KeyTab[KeyFuncIncbx].KeyDn2Stite;break;caseOxdO:〃向上鍵KeyFuncIncfex=KeyTab[KeyFuncIncbx].KeyUp2State;break;case0x70:〃回退鍵KeyFuncIncbx=KeyTab[KeyFuncIncbx].KcyBack2State;break;caseO;return;，錯誤的處理break;}KeyFuncPtr=KeyTab[KeyFuncIncbx].CurrentQ)erate;(*KeyFuncPt。()；〃執行當前的按鍵操作14.5外部通信相關程序設計4.5.1串口驅動程序設計STM32F429有4個UART和4個USART,配變終端USART1用于擴展RS232接口，完成終端調試功能；USART2接GPRS模塊，實現終端與遠程主站通信；UART4、UART5、USART6用于擴展3路RS485接口，分別接三相電能表、剩余電流斷路器、智能電容器。通常情況下，串口驅動程序設計,將主要取決于外設關系，如果外設關系存在差異性，則串口驅動程序也將隨之變化。在本章節中，主要基于USART1串口驅動程序，針對串口驅動程序的基本設計流程，進行更深層次的細致闡述。本設計主要通過中斷方式，來完成USART數據的收放。對于STM32F429串口驅動程序而言，其主要涉及到串口初始化函數及其UART數據接收函數等。串曰初始化函數voidUSART1_init(unsignedlongbaudrate)baudrate為UART工作的波特率。串口初始化函數完成使能USART1時鐘、配置GPIO引腳工作模式、數據幀格式、波特率設置、串口收發中斷等工作。中斷服務函數USARTl_IRQHandlcr(void)根據串口配置，USART使用的的中斷源是接收數據就緒可讀中斷、發送空中斷、發送完成中斷。GPRS通信程序設計配變終端為客戶端，主站為服務端，配變終端通過TCP模式與主站建立連接，并通過Q/GDW1376.1-2013規約進行數據交互。M590E通信模塊的本質為GSM/GPRS工業無線模塊，能夠支持短信功能及其數據功能，并在其中設置了TCP/IP協議棧。事實上，主控芯片基于串H,就能將AT命令實時發送至GPRS模塊，從而實現初始化流程，使得其能夠通過GPRS網絡，得到IP地址，使用TCP/IP協議和主站之間，建立良好的網絡連接。一般情況下，終端和主站若想成功建立連接，則應該依次實現PPP連接及其TCP連接。(l)PPP連接階段主控芯片控制GPRS模塊上電，GPRS模塊正常上電初始化完成后，檢查SIM卡狀態、查看信號強度、網絡注冊、設置協議方式、設置訪問節點APN后發送PPP連接命令，隨后，積極構建PPP連接。在此過程中，涉及到的AT指令大致如下：MODEM:STARTUP〃模塊上電后，開機回碼AT+CPIN?AT+CCIDAT+CSQAT+CREG?AT+XISP=()〃檢查SIM卡狀態/修取SIM卡的CCID/渣詢信號強度〃巳注冊上GSM網絡〃設置為內部協議AT+CGDCONT=1,CMNET?〃設置APNAT+X1I81AT+XIIC?/進行PPP^接/查詢PPPi￡接狀態+XIIC:!.10.10.73214//PPP&接已建立，IP地址是14(2)TCP連接階段當通過TCP協議進行數據通信時，經歷TCP連接、數據收發及其連接釋放等三大階段。其中，在TCP連接階段中，涉及到的AT指令大致如下：AT+TCPSETUP=0.221.19967.56.6810//基于鏈路0積極構建TCP連接AT+IPSTATUS=O//查詢鏈路狀態+IPSTATUS：0,CONNECT,TCP,2047〃返回鏈路狀態和緩沖區大小AT+TCPSEND=0.10〃在鏈路0上發送數據＞發送的數據Ok+TCPSEND:0.10+TCPSEND:0.10+TCPSEND:0.10〃數據發送成功，并返回發送數據長度AT+TCPCLOSE=0+TCPSEND:0.10〃數據發送成功，并返回發送數據長度AT+TCPCLOSE=0/,關閉鏈路0中存在的TCP連接ATT+CGATT=0ATT+ATT+CGATT=0〃關閉PPP連接終端與主站進行通信，使用國家電網企業Q/GDW1376.1-2013及其Q/GDW1376.1-2013規約是電力用戶用電信息采集系統與主站之間通信時必須履行的通信協議，在此協議中，明確規定了系統主站和采集終端彼此之問，在實際數據傳輸過程中的幀格式及其相應的傳輸規則，最典型的通信方式主要包含多點共線以及點對點等。在Q/GDW1376.1規約中，主要闡述了異步式傳輸幀格式。實際上，該格式的定義主要涉及到報文頭、地址域及其幀信息校驗碼等諸多元素。其中，報文頭中含有的長度L,主要通過用戶數據長度及其相應的協議標識，來實現共同組成。此外，用戶數據區主要包含控制域、地址域及其鏈路用戶數據。控制域表示報文傳輸方向和所提供的傳輸服務類型。地址域主要由終端地址、行政區碼和組地址三部分組成。鏈路用戶數據主要涉及到應用層功能碼AFN、信息類標識DT及其附加信息域AUX等。其中，對于AFN而言，其主要基于功能的差異性，通過AFN=(X)H?AFN=10H實現定義；而DA及其DT,則主要代表傳輸過程中數據項的集合。幀校驗和是用戶數據區所有字節的八位位組的算術和。4.6本章小結本章首先采用模塊化設計方法，設計配變終端軟件架構，分析各個模塊功能，并設計終端軟件運行流程，接著詳細闡述電能采集計量模塊、諧波監測模塊、人機交互模塊、通信模塊程序設計；最后介紹計算機監控軟件設計。幺士心組本文在對配電自動化和配變終端國內外現狀充分調研基礎上，針對目前市場上配變終端存在問題，借鑒市場上配變終端設計方案，設計智能型配變終端技術方案，深入研究配變終端數字信號處理技術，完成配變終端軟硬件設計和計算機監控軟件設計，主要成果如下：(1)設計以STM32F429為核心處理器，ATT7022E為電能計量芯片的智能配變終端總體方案，完成配變終端電路原理圖和PCB設計，最終完成配變終端樣機和硬件調試工作。采用時間抽取基2-FFT快速傅里葉算法分析電網諧波，計算出2?21次諧波幅值，將程序成功移植到配變終端平臺上，實現電網諧波監測功能。設計并開發配變終端軟件程序，實現電能數據采集、人機交互、GPRS遠程通信等功能：同時，還參與計算機監控軟件開發，完成諧波監測、電網設備狀態監測、報警管理、系統設置等功能。由于時間有限及本人水平所限，存在以下幾點不足：(1)配變終端軟件和計算機監控軟件只完成部分功能，需要在以后工作將系統完善。(2)目前前置機通信軟件只完成GPRS通信，以后還需擴展以太網通信。致謝目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1緒論1\o"CurrentDocument"1.1研究背景及意義11.2國內外研究現狀21.2.1智能配網國內外研究現狀2\o"CurrentDocument"1.2.2配變終端(TTU)國內外研究現狀4\o"CurrentDocument"1.3論文研究內容5論文主要研究內容有：5\o"CurrentDocument"2智能配變終端總體方案設計5\o"CurrentDocument"2.1智能配變終端功能及技術指標52.1.1智能配變終端功能52.1.2配變終端技術指標6\o"CurrentDocument"2.2整體方案設計72.3芯片選擇82.3.1主控芯片選擇8\o"CurrentDocument"2.3.2電量計量芯片選擇9\o"CurrentDocument"2.4嵌入式實時操作系統選擇9\o"CurrentDocument"2.5軟硬件開發環境10\o"CurrentDocument"2.6本章小結11\o"CurrentDocument"3配變終端模塊硬件電路設計11\o"CurrentDocument"3.1硬件電路總體設計11\o"CurrentDocument"3.2主控板電路設計17\o"CurrentDocument"3.2.1鍵盤和顯示電路設計17\o"CurrentDocument"3.2.2存儲器擴展電路設計18\o"CurrentDocument"3.2.3復位和看門狗電路設計19\o"CurrentDocument"3.2.4RS232接口和USB接口電路20\o"CurrentDocument"3.3進線交采板電路設計21\o"CurrentDocument"3.3.1電壓和電流信號調理電路設計21\o"CurrentDocument"ATT7022E通訊電路設計22\o"CurrentDocument"3.4出線交采板電路設計23\o"CurrentDocument"3.5電源板電路設計23\o"CurrentDocument"3.6遙控和RS485板23參考文獻國家電網公司.農網智能配變終端功能規范和技術條件[S].北京：中國電力出版社,2011鄧健.智能配變監控終端的設計[D].武漢：華中師范大學，2009.馬明.基于ARM的配電變壓器監測終端(TTU)的設