[实用新型]基于FPGA的测控装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种适用变电站的计算速度更快精度更高的测控装置，属于电力/电工技术领域。

背景技术

现有的变电站测控装置，多采用DSP+ARM、DSP+DSP或多CPU结构的硬件平台，根据CPU特点进行功能划分为测控功能的CPU和外设管理的CPU。测控功能的CPU多采用DSP处理器，负责启动AD采样、数据计算处理、开入采集、开出控制等任务；外设管理的CPU多采用32位ARM处理器，负责对外通讯、数据存储、人机接口输入输出等任务；测控功能CPU与外设管理CPU之间的数据交换多采用通讯和双端口RAM方式。

上述的测控装置中对多条线路进行同时采集时，只能以一种频率进行采样严重影响数据精度；对数据处理过程时采用的DSP处理器也只能对每个通道数据进行串行处理，对采样频率比较高的、计算量大的处理任务显得无能为力，对测控装置的功能拓展也成为一种瓶颈问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：

1、实现对不同母线段的频率进行分别跟踪测频，再分别启动采样信号，有效减小频率不等所造成的误差；

2、解决测量通道多由于采样频率提高、数据计算量增大所造成的计算瓶颈问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采取以下的技术方案来实现的：

基于FPGA的测控装置，包括ARM处理器、以太网接口和人机接口，所述ARM处理器与以太网接口、人机接口相连接，其特征在于：还包括FPGA现场可编程逻辑门阵列，所述FPGA现场可编程逻辑门阵列与ARM处理器相连接，每条电力线路所需测量的模拟量信号均与一片16位差分AD芯片相连接，多片AD转换芯片通过一条地址线和数据线与FPGA连接。

本发明所达到的有益效果：

本发明用FPGA代替DSP处理器和一些功能型芯片，大大简化了系统硬件，使得FPGA成为了一个板级芯片，降低了设计难度减少了开发成本、增强了设计的可拓展性和灵活性；可现实对不同母线段的频率进行分别跟踪测频，再分别启动采样信号，有效减小频率不等所造成的误差；解决测量通道多由于采样频率提高、数据计算量增大所造成的计算瓶颈问题；同时FPGA集中了多种芯片功能，减少了电路板的布线面积提高了抗干扰性能和稳定性能。

附图说明

图1为本实用新型的装置硬件结构示意图；

图2为本实用新型的FPGA硬件采集示意图。

具体实施方式

本实用新型采取以下的技术方案来实现的：

基于FPGA的测控装置，包括ARM处理器、以太网接口和人机接口，所述ARM处理器与以太网接口、人机接口相连接，其特征在于：还包括FPGA现场可编程逻辑门阵列，所述FPGA现场可编程逻辑门阵列与ARM处理器相连接，每条电力线路所需测量的模拟量信号均与一片16位差分AD芯片相连接，多片AD转换芯片通过一条地址线和数据线与FPGA连接。本发明对不同频率的模拟量进行单独测频，根据不同的频率采用不同的采样间隔时间去启动AD转换。每条电力线路所需测量的模拟量均连接到一片16位差分AD芯片进行转换，多片AD转换芯片共用一条地址线和数据线。每条电力线路的频率均接入FPGA，分频后的启动控制再接到AD芯片。

前述的基于FPGA的测控装置，其特征在于，所述的FPGA包括：

循环采集存储器：对读取的AD转换值进行循环存储；

数字滤波器：把每周波所采样数据进行数字滤波；

FFT计算器和逻辑计算器：把每周波所采样数据进行FFT计算和逻辑计算，得到的数据结果存储到FPGA的双端口RAM中；

双端口RAM：存储计算数据。

前述的基于FPGA的测控装置，其特征在于：所述的FPGA采用带DSPA核，能更加快速的实现算法，提高了测控装置的数据采集和处理能力，使得每周波采样128点变得非常轻松。实际测量(以单通道128点采样计算为例，100MHZ的计算频率计算FFT)，每156.25us计算一次，每次耗时约10.52us。

前述的基于FPGA的测控装置，其特征在于：所述FPGA所带有多个DSP Slice，使得多通道并行数据处理成为了可能，并行多通道的数据处理耗时和过程与单通道一样。

所述ARM采用32位处理器，负责外设如液晶显示、以太网通讯、数据存储等。

本发明的基于FPGA的测控装置的工作原理及工作过程为：