基于SOPC技術(shù)的電纜故障測距系統(tǒng)的研究.pdf

1、電力電纜在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用極其廣泛，而快速排除電纜故障對提高電力系統(tǒng)供電的可靠性具有非常重要的作用。電纜故障測距設(shè)備的精度、效率和功能依賴于核心處理器的高速計算以及控制能力。目前，電纜故障測距儀器主要基于單片機(jī)開發(fā)，其計算分析功能弱，測距正確性差，智能化程度較低。隨著電子信息技術(shù)的更新?lián)Q代，高精度、功能強(qiáng)大的電纜故障測距系統(tǒng)的研究與開發(fā)有著重要的理論意義和廣闊的市場前景。 本文對國內(nèi)外主要類型的電纜故障測距設(shè)備進(jìn)行了比較和分析，

2、同時根據(jù)當(dāng)前電纜故障測距方法的發(fā)展趨勢，提出一種基于SOPC（System On a Programmable Chip）技術(shù)的電纜故障測距系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。該方案采用在FPGA芯片中植入Nios II嵌入式處理器的方法構(gòu)造系統(tǒng)控制核心，其指令執(zhí)行速度快，運行效率高，實時性強(qiáng)；采用Megacore IP軟核生成FFT運算模塊，可實現(xiàn)自相關(guān)分析對電纜故障距離的精確計算以及故障類型的判斷；借助于Avalon總線，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通道、SDRAM控

3、制器、彩色液晶模塊控制電路、鍵盤以及高速A/D等驅(qū)動模塊的定制，增加了系統(tǒng)功能控制的靈活性。 在方案確定之后，本文對整個電纜故障測距系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。首先介紹電纜故障測距的原理，詳細(xì)描述了基于行波的低壓脈沖測距法以及自相關(guān)分析的理論應(yīng)用。其次介紹了SOPC開發(fā)環(huán)境，包括Quartus II底層驅(qū)動開發(fā)環(huán)境，Nios II軟件開發(fā)環(huán)境，嵌入式IP軟核，Avalon總線等。隨后，給出了基于SOPC開發(fā)平臺的整體硬件架構(gòu)，主要包括

4、：低壓脈沖發(fā)射電路；AD芯片的詳細(xì)介紹、高速模擬采集電路的設(shè)計以及AD采樣性能分析；FPGA外圍電路、存儲系統(tǒng)設(shè)計以及通訊接口設(shè)計；人機(jī)界面（包括彩色液晶與鍵盤）設(shè)計。在硬件電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)的軟件設(shè)計也展開了論述：描述了整體軟件架構(gòu)以及Nios II上層軟件對各個外設(shè)的讀寫；給出了基于Avalon總線的各個外設(shè)驅(qū)動模塊的具體實現(xiàn)，包括SDRAM存儲器、CFI控制器、A/D驅(qū)動模塊、彩色液晶控制模塊等等；分析了基于Megacore

5、 IP軟核的FFT模塊設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上提出了如何利用FFT模塊實現(xiàn)自相關(guān)分析算法的編程思想。 作為設(shè)計方案的最終體現(xiàn)和驗證，作者對基于SOPC技術(shù)的電纜故障測距系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行了調(diào)試。試驗結(jié)果表明：上位機(jī)與FPGA芯片通訊可靠穩(wěn)定；SOPC開發(fā)平臺中各個驅(qū)動模塊運行正常；FFT模塊可快速地進(jìn)行自相關(guān)算法的計算；Nios II上層軟件高效地控制故障測距系統(tǒng)的運行，體現(xiàn)出了良好的性能和擴(kuò)展性。這些結(jié)果驗證了方案的正確性和可行性。由于