基于嵌入式硬件平台的馈线自动化远方终端设计

嵌入式硬件平台的设计以硬件模块化设计和灵活组态技术为基础以减少硬件成本和缩短开周期。提出了一种基于嵌入式技术的可灵活配置的FTU(Feeder Terminal Unit)硬件平台设计方案，该平台由数字信号处理器DSP、嵌入式工业芯片组RCM2110、可编程逻辑器件CPLD、双口RAM等硬件组成，不仅在硬件结构上可以重新配置，而且构成其软件系统的监控软件、保护功能、通信模块以及嵌入式操作系统等都可以灵活配置，增强了装置的性能，更好地适应配电复杂多变的需求。     

可重构智能化电器硬件设计平台及其应用

在给出可编程智能化电器专用芯片的设计基础上，提出了可重构智能化电器硬件平台设计的概念，介绍了平台的构成和具体重构方法。作为应用实例，介绍了利用该平台在已经完成的中、低压线路保护单元中的应用，还给出了通过重构实现基于小波变换等复杂保护算法、实现电能质量监测和保护一体化、实现智能化电器软装配等具体技术。还进一步给出了实现远程装配和远程诊断的设想。该平台和通用微处理器构成的平台相比在速度、可靠性、价格、保密性以及新产品上市时间等方面都有很大的优势。     

基于IP核的智能化电器SOC设计与实现

提出了基于IP核的智能化电器系统芯片设计方法。在综合分析智能化电器内容的基础上 ,自行设计了构成微机保护芯片的数据采集、数据处理、保护算法、数据和任务调度等一系列模块。并将其组合实现了完成线路保护的系统芯片设计。通过在FPGA上的硬件仿真和对实际构成的保护单元的实际测试 ,验证了芯片设计的正确性。在现有设计基础上通过IP复用 ,只需改变保护算法模块和重新设置数据与任务调度模块就能设计用于其他电力设备保护的芯片。该芯片和微处理器结合构成了当今比较理想的智能化电器设计硬件平台。     

新一代保护与当地控制

微处理器技术为开发新型电力系统控制和保护装置提供了可能。在以第一代微处理器为基础的继电及控制设备中，基于微处理器的独立装置成组地取代了老式的静止型或电磁型装置。利用可按照不同要求进行配置的硬件和软件模块，第二代设备的模块化程度更高。为了真正运用微处理器技术，必须采用与现代软件和硬件技术相结合的设计方法，以前的装置的面向／模块化方式已为平台方式所取代，运用面向对象的设计思想，已开发出具有用于保护、当地控制、通信及操作界面（ＭＭＩ）的硬件和软件的基本系统。与远动的配合也必须予以考虑。灵活的软件与硬件为增强装置的功能提供了可能。可以对终端进行预编程和预安装，也可以方便地在现场对其进行重新编程。利用这种新型的平台，应用工程师可以灵活地按用户要求设计出与特定要求相匹配的保护、监视和控制系统。     

嵌入式网络视频点播方案设计

在ARM9微处理器的硬件开发平台上,基于嵌入式Linux操作系统设计了一款网络视频点播系统。介绍了该系统的总体结构,详细描述了各模块功能设计思想,完成基于ARM9微处理器的硬件开发平台的设计,并以该平台的基础上,提出了以嵌入式Linux操作系统为开发环境,采用图形化的开发语言设计,完成了界面友好、安全稳定的、可交互访问的网络视频点播系统。     

基于EAPR的通用总线自重构系统设计

随着计算机技术以及微电子技术的迅速发展,测试系统正从单一功能系统向通用系统方向发展。针对多种通用总线,采用最新的基于EAPR的动态局部重构方法,并结合基于FPGA的嵌入式开发流程,设计了一套微处理器加FPGA的动态局部自重构系统。该系统有一个重构区域,可以实现CAN总线、ARINC 429、232和422不同总线的时分复用或某些总线的混合使用。利用Virtex-4上集成的微处理器控制内部配置访问端口ICAP完成不同总线通信模块的动态重构,并在FEM025开发板上进行自重构验证,以小规模硬件逻辑资源实现了大规模系统功能。     

基于FPGA的PLC 高速计数模块设计

通过对传统可编程逻辑控制器(PLC)计数模块的分析研究,介绍了基于FPGA设计的PLC高速计数模块.计数模块的核心计数部分由FPGA来完成,然后CPU通过SPI接口读取计数结果,其响应延迟只会受FPGA内部的时钟延时及外部配置电路的影响.该高速计数模块可以实现频率计数、脉冲计数、编码计数等多种不同应用场景的计数功能;同时可以实现对高频率脉冲的高精度计数并提高实时响应性.另外该模块有8路差分数字量输出,输出口可由计数结果来控制.     

基于FPGA的智能化电器改进设计

利用片上可编程系统设计方法,设计了基于FPGA的智能化电器.在综合分析智能化电器结构模块的基础上,设计了构成微机保护芯片的一系列IP模块,并充分利用NiosII软核处理器的宏功能模块,组合实现线路保护的系统芯片设计.在Altera公司的FPGA作硬件仿真和测试,验证了芯片设计的正确性.     

基于FPGA的多通道智能CAN卡设计

针对CAN网络控制系统对实时性和可靠性要求,文中提出了一种基于FPGA的智能多通道CAN卡设计方案。通过FPGA设计了可变字节长度的主模式SPI接口电路,简化硬件结构,设计了双口RAM实现PCI总线和网络数据交换。设计了基于CH365的PCI接口电路可以和ISA模式共享,设计了变压器隔离电路功耗低可靠性更好。板卡设计了微处理器通过板卡配置按照TTCAN协议自动完成CAN数据交换,可以当作普通卡使用,免去了复杂的驱动调用,方便使用。最后设计实验测试板卡在自动传输功能时实时性和可靠性,结果满足要求。     

继电保护系统级专用芯片的设计

在分析微机保护的基础上,提出了电力系统继电保护系统级专用芯片的设计方案。它集计量、保护、通信功能于一体,只要配以相应的外围器件,即可构成数字保护的智能终端,和上位机相连可以构成变电站自动化系统。与微机保护相比,专用芯片具有可靠性高、价格低等优点,代表了数字继电保护未来的发展方向。文中讨论的保护模块可以根据保护对象的不同而方便地调整,该设计具有很强的通用性。通过用现场可编程门阵列(FPGA)进行硬件仿真,验证了该设计的正确性。     

基于R46标准的智能电能表软件检测关键技术研究

国际建议R46标准是影响国内下一代电能表新需求的关键,尤其新增了软件检查项目,对电能计量软件要求提出了高要求。论文设计了一种基于FPGA技术仿真R46智能电能表的软件测试环境,采用了FPGA模拟R46智能电能表的MCU外围的EEPROM、Flash、计量芯片、通信模块等,可进行计量MCU与管理MCU或MCU与外围模块间的软件接口测试、故障注入测试,实现基于目标码的R46智能电能表的软件法制计量分离、软件保护、参数保护及在线升级等检测,为R46智能电能表的软件检测提供了方法和装置。     

具有自适应电流速断保护功能的配电线路保护监控装置研制

分析了配电线路自适应电流速断保护的基本原理.在此基础上,研制出具有自适应电流速断保护功能的配电线路保护监控装置.该装置主要包舍中央处理单元(CPU)、互感器、继电器、电源等插件和人机接口模块,其中CPU插件集成了微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)、大容量静态存储器(SRAM)和闪速存储器(Flash RAM)、数据采集电路、开关量输入/输出电路和通信接口电路.在软件方面,装置将自适应电流速断保护、传统三段式电流保护、三相一次重合闸、低周减栽、事件告警、数据采集与监控(SCADA)和故障录波等多种功能融为一体.测试表明,所研制的装置具有功能可靠、配置灵活等优点,尤其是其保护性能能随着系统运行方式、故障类型和负荷条件的变化而自动调整到最佳状态.     

一种无人机飞控计算机硬件平台的设计实现

在对无人机飞控计算机技术发展应用叙述的基础上,设计了一款基于Zynq平台的应用于小型无人机的飞控计算机硬件平台。该硬件平台采用SOC处理架构,通过在单芯片上集成的双ARM硬核与外围FPGA实现了硬件外设的硬实时处理,极大地减轻了软件负担。对硬件平台的电源设计,气压高度、空速设计,接口设计等硬件单元进行了详细的描述。各项试验结果表明,此种架构的无人机飞控硬件平台集成度更高,尺寸更小,拓展能力极强,各设计单元均能实现预期目标且适用于恶劣的工作环境,对固定翼飞机具有很好的通用性。     

一种新型NAND Flash坏块管理算法的研究与实现

本文在研究NAND Flash常用坏块管理方法的基础上,提出了一种基于FPGA的NAND Flash坏块管理方案。该方案运用坏块替换策略,将所有块分为数据块区和好块保留区,通过在FPGA片内RAM建立基于位索引的坏块位标记表BBT（bad block table）和块保留映射表RTT（reserved translate table）实现坏块的识别和替换,同时将两表保存于NAND Flash中,保证了坏块信息的非易失存储和坏块查询的高速性能。本方案全面考虑了坏块产生、坏块识别、坏块信息存储、坏块高速替换,是坏块管理的完整解决方案。经实验表明该方案具有坏块信息容量小、替换速度快、实现可靠等优点。     

基于FPGA的太阳能MPPT算法实现的研究

最大功率点跟踪(MPPT)算法是太阳能发电系统常用的控制算法,大多数系统利用微控制单元(MCU)实现.在此利用现场可编程门阵列(FPGA)实现了一种低成本的太阳能MPPT的电路,探讨了系统硬件的组成、各功能部分接口实现的方法.用Verilog语言实现了ADC控制器、乘法器、MPPT算法及PWM波波形发生器.并通过Modelsim平台对设计电路进行了仿真,最后在CycloneⅡ系列EP2C8Q208C8芯片上实现下载.实验结果表明电路工作正常,达到了设计要求,为太阳能发电系统的系统级芯片(SoC)控制打下了基础.     

基于RS编解码Flash控制器的SoC设计

通过在读写Flash存储器的数据分别进行RS编码和解码从而减少了Flash存储器失效对数据的影响.由传统的RS解码器复杂计算使得解码速度较慢不能满足对Flash存储器读写要求,因此在传统流水线结构的RS解码中采用伯利坎普--梅西算法避免求逆过程,减少了硬件开销,提高了解码速率,最后用软硬件对设计进行了严格的验证并在AL...     

基于FPGA的图形化编程方法设计

针对传统的直接对图像处理算法进行FPGA编程存在的诸多问题,设计了一种基于System Generator图形化编程工具对图像进行处理的方法。采用Xilinx公司的图形化编程工具System Generator,在MATLAB上对编写的局部自适应二值化图像处理算法模块进行仿真验证,然后调用MATLAB软件下的Simulink平台对算法进行建模并进行验证,成功后封装成可视化模块并分类建库,最后通过调用ISE软件下的System Generator工具将对应的模块转换成HDL语言并在FPGA开发板上进行验证。设计实现了局部自适应二值化图像处理算法的建模与实现,并通过Simulink和ISE平台的仿真验证了其正确性,完成了预期的目标。     

基于国产芯片的雷达伺服多通信系统

对国产器件的雷达伺服多通道通信平台进行研究，针对雷达伺服系统硬件自主可控和多通道通信复杂的问题，提出一种基于MCU+FPGA架构的国产雷达伺服多通道通信系统，以此来提升伺服控制的可靠性、冗余性和通用性，设计了6路RS 422融合结构，完成和各分系统组件之间的通信，并在Altium Designer上完成了器件原理图设计和印制电路板的布局布线，实现了印制板电路6层堆叠设计和实物静态测试。测试结果表明本设计的通信系统满足设计需求，能够实现国产替代。