變電站智能電子設(shè)備通信和人機(jī)交互系統(tǒng)報(bào)告內(nèi)容：

1.課題的背景與意義

2.新硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)

3.嵌入式操作系統(tǒng)特點(diǎn)

4.操作系統(tǒng)的移植

5.基于新硬件平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)

6.小結(jié)1.課題的背景與意義

1.1課題的背景和意義

1.2微機(jī)保護(hù)裝置的發(fā)展

1.3論文設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求

1.4論文準(zhǔn)備情況1.1課題的背景和意義（1）

變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展 微機(jī)裝置是構(gòu)成變電站綜合自動(dòng)化的重要內(nèi)容，使用高性能的微機(jī)裝置具有如下優(yōu)越性：提高供電質(zhì)量和電壓合格率

保障變電站安全、可靠運(yùn)行

提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行、管理水平

實(shí)現(xiàn)變電站信息共享，可以減少總投資減少維護(hù)工作量，減少值班員勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減人增效

1.1課題的背景和意義（2）變電站綜合自動(dòng)化的特點(diǎn)：由集中式向分散式發(fā)展，采用分層分布式結(jié)構(gòu)建立起了通信網(wǎng)絡(luò)。變電站綜合自動(dòng)化對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置的新要求：需要具有更強(qiáng)大的通信功能（雙網(wǎng)，通信速度快，信息量大……）需要具有更高的可靠性和抗干擾能力需要更加完善的保護(hù)功能1.2微機(jī)保護(hù)裝置的發(fā)展目前微機(jī)裝置存在的問題目前國內(nèi)各種微機(jī)保護(hù)裝置在可靠性上或多或少都還存在著一定的問題故障信息量少保護(hù)相對(duì)孤立沒有統(tǒng)一的通訊標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范CPU多為8位和16位微處理器，運(yùn)算速度較慢，資源較少1.3論文設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求設(shè)計(jì)一套高性能的微機(jī)裝置人機(jī)交互和通訊系統(tǒng)適用于多種保護(hù)裝置具有較高的可靠性可以提高通訊的信息量和速度能夠支持電力系統(tǒng)無縫通訊1.4論文準(zhǔn)備情況廣泛閱讀變電站綜合自動(dòng)化和微機(jī)保護(hù)的各類文獻(xiàn)，掌握國內(nèi)外微機(jī)保護(hù)監(jiān)控綜合裝置的現(xiàn)狀。熟悉嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS在新硬件平臺(tái)上設(shè)計(jì)了人機(jī)交互軟件2.硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)2.1硬件平臺(tái)2.2通信接口的設(shè)計(jì)2.3硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1硬件平臺(tái)微處理器是微機(jī)保護(hù)裝置的核心，微處理器性能的好壞在很大程度上決定了微機(jī)保護(hù)裝置性能的優(yōu)劣。系統(tǒng)的工作頻率在一定程度上決定了微處理器的運(yùn)算速度。32位微處理器可以提供更加豐富的資源，是微處理器未來發(fā)展的趨勢。2.1.1LPC2294微處理器的特點(diǎn)采用32位RISC結(jié)構(gòu)ARM7-TDMI核具有可加密特性具有較大的片內(nèi)存儲(chǔ)器（16k字節(jié)SRAM和256k字節(jié)FLASH）具有豐富的中斷源（最多可允許32個(gè)中斷請求輸入）集成了UART、SPI、I2C等串行接口集成了定時(shí)器、看門狗、PWM、ADC等具有多個(gè)GPIO2.2通信接口的設(shè)計(jì)雙CAN總線接口現(xiàn)場總線具有可靠性高、穩(wěn)定性好抗干擾能力強(qiáng)、通信速率快、造價(jià)低、維護(hù)方便的的特點(diǎn)。目前，多數(shù)變電站都具有現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。CAN是一種具有很高可靠性，支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，是目前國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。它能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤，并且具有很高的位傳輸速率和抗電磁干擾的特性。

CAN總線接口采用Philips公司的LPC2294微處理器集成的CAN控制器。2.2通信接口的設(shè)計(jì)RS-485總線接口與變電站中部分設(shè)備（如直流屏等）通信。與其他廠家生產(chǎn)帶RS-485接口的智能模塊通信。RS-485總線接口采用MAXIM公司的MAX232芯片實(shí)現(xiàn)。2.3硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)硬件總體結(jié)構(gòu)分為：主機(jī)模塊（包含測量單元和保護(hù)單元）人機(jī)交互模塊信號(hào)和出口模塊開入模塊交流電量轉(zhuǎn)換模塊電源模塊2.3硬件的設(shè)計(jì)人機(jī)交互模塊

故障指示、鍵盤處理、液晶顯示、各種保護(hù)功能的投退以及外部通信。外部通信：雙以態(tài)網(wǎng)接口、雙CAN網(wǎng)接口和RS-485接口2.3硬件的設(shè)計(jì)人機(jī)交互模塊

在人機(jī)交互模塊中，利用LPC2294內(nèi)部的CAN控制器和Philips公司生產(chǎn)的CAN接口芯片PCA82C250實(shí)現(xiàn)CAN通信網(wǎng)絡(luò)；3嵌入式簡介

·3.1嵌入式微處理器

3.2操作系統(tǒng)特點(diǎn)

3.3μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)簡介3.1嵌入式微處理器(1)

ARM7TDMI處理器是ARM7處理器系列成員之一，ARM7TDMI含義如下：ARM7：32位整數(shù)核的3V兼容的版本；T：16位壓縮指令集Thumb；D：在片調(diào)試（debug）支持，允許處理器響應(yīng)調(diào)試請求暫停；M：增強(qiáng)型乘法器，產(chǎn)生全64位結(jié)果；I：嵌入式ICE硬件提供片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)支持。

3.1嵌入式微處理器(2)3.2嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)

運(yùn)行在嵌入式硬件平臺(tái)上，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)及所操作的部件，裝置等資源進(jìn)行同一協(xié)調(diào)，指揮和控制的系統(tǒng)軟件。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)硬件3.3μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)簡介

·源代碼全部公開

·可移植性

·可剪裁

·占先式多任務(wù)

·可確定性

·中斷管理

·穩(wěn)定性與可靠性。

。3.3μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)任務(wù)1任務(wù)2任務(wù)3一般任務(wù)系統(tǒng)中，程序循環(huán)的周期不確定，通過實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)對(duì)所有任務(wù)的調(diào)度管理，解決單任務(wù)系統(tǒng)中難以處理的實(shí)時(shí)性差的問題。將系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能細(xì)化為兒個(gè)核心任務(wù)，將系統(tǒng)的幾個(gè)任務(wù)按其優(yōu)先級(jí)從高到低執(zhí)行。uC/OS-II控制下的任務(wù)可以分為休眠態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、中斷態(tài)和掛起態(tài)。4μC/OS-Ⅱ的移植

4.1嵌入式系統(tǒng)移植問題

4.2移植μC/OS-II步驟

4.1移植條件①對(duì)目標(biāo)體系結(jié)構(gòu)要有很深的了解；②對(duì)OS原理要有較深入的了解；③對(duì)所使用的編譯器要有較深入的了解；④對(duì)需要移植的操作系統(tǒng)要有相當(dāng)?shù)牧私?；⑤?duì)具體使用的芯片也要有一定的了解。4.2移植問題

可重入函數(shù)

void Swap(int*x,int*y)Swap（）{ Temp=*x; *x=*y;*y=temp;}

任務(wù)堆棧的設(shè)計(jì)

4.2移植μC/OS-II步驟

OS_CPU.H（C語言頭文件）、

OS_CPU.C（C程序源文件）

OS_CPU_A.ASM（匯編程序源文件）4.2.1OS_CPU.H與編譯器無關(guān)的數(shù)據(jù)類型typedef unsignedchar INT8U；typedef signedchar INT8S；…定義堆棧增長方向

4.2.1OS_CPU.C1、任務(wù)堆棧初始化函數(shù)OSTaskStkInit()2OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()

3、……Hook()函數(shù)4.2.2OS_CPU.S1、OSSTartHighRdy()運(yùn)行多任務(wù)起動(dòng)前優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)2、OSIntCtxSw()任務(wù)級(jí)任務(wù)切換5.1移植后多任務(wù)函數(shù)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)API函數(shù)編寫

通信協(xié)議的移植任務(wù)和中斷設(shè)計(jì)5.1.1系統(tǒng)API函數(shù)編寫

按鍵控制

ZLG7290液晶顯示

5.1.2系統(tǒng)API函數(shù)編寫

外設(shè)驅(qū)動(dòng)

UART、CAN總線控制器、I2C總線控制器及以太網(wǎng)控制芯片5.2.1μC/OS-II任務(wù)管理

μC/OS-II可以管理多達(dá)64個(gè)任務(wù)μC/OS-II操作系統(tǒng)中每個(gè)任務(wù)均為一個(gè)無限循環(huán)建立掛起就緒運(yùn)行

μC/OS-II實(shí)時(shí)內(nèi)核提供多任務(wù)管理、時(shí)間管理、任務(wù)間通信和同步等重要服務(wù)。5.2.2具體任務(wù)劃分和管理

編號(hào)任務(wù)名稱優(yōu)先級(jí)堆棧容量任務(wù)描述1按鍵響應(yīng)864字節(jié)完成按鍵響應(yīng)2裝置內(nèi)部通信10128字節(jié)處理與保護(hù)和監(jiān)控模塊通信數(shù)據(jù)3告警/保護(hù)信息處理12128字節(jié)顯示和保存告警/保護(hù)信息4RS485對(duì)外通信14512字節(jié)接收/發(fā)送RS485對(duì)外通信數(shù)據(jù)5CAN總線通信16512字節(jié)處理CAN總線通信數(shù)據(jù)6以太網(wǎng)通信1-618-231024字節(jié)處理以太網(wǎng)通信數(shù)據(jù)7液晶顯示24128字節(jié)循環(huán)顯示實(shí)時(shí)電量8空閑任務(wù)（非系統(tǒng)）26128字節(jié)在空閑狀態(tài)下維持必需工作5.3modbus協(xié)議RTU方式主方發(fā)送報(bào)文從方地址功能碼數(shù)據(jù)起始地址數(shù)據(jù)量冗余校驗(yàn)BYTEBYTEMSBLSBMSBLSBMSBLSBRTU方式從方應(yīng)答報(bào)文從方地址功能碼字節(jié)量數(shù)據(jù)1…數(shù)據(jù)n冗余校驗(yàn)BYTEBYTEBYTEMSBLSB…MSBLSBMSBLSB功能碼MODBUS協(xié)議的定義微機(jī)保護(hù)裝置的重定義0x01讀取內(nèi)部數(shù)字量保持線圈狀態(tài)讀取保護(hù)配置狀態(tài)和自檢信息0x02讀取外部數(shù)字量線圈、繼電器狀態(tài)讀取開入量狀態(tài)0x03讀取內(nèi)部模擬量保持寄存器內(nèi)容讀取保護(hù)定值數(shù)據(jù)0x04讀取外部輸入模擬量存儲(chǔ)器內(nèi)容讀取交流電量數(shù)據(jù)0x05設(shè)置單一內(nèi)部數(shù)字量保持線圈狀態(tài)修改保護(hù)配置0x06設(shè)置單一內(nèi)部模擬量保持存儲(chǔ)器內(nèi)容修改保護(hù)定值0x07讀取內(nèi)部特定線圈狀態(tài)讀取特定地址數(shù)據(jù)0x08通信系統(tǒng)自診斷測試通信自診斷測試0x0F設(shè)置一組內(nèi)部數(shù)字量保持線圈狀