基于SOPC技術(shù)的電纜故障測(cè)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(duì)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(cè)距設(shè)備的精度、效率和功能依賴于核心處理器的高速計(jì)算以及控制能力。目前，電纜故障測(cè)距儀器主要基于單片機(jī)開(kāi)發(fā)，其計(jì)算分析功能弱，測(cè)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(cè)距系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)有著重要的理論意義和廣闊的市場(chǎng)前景。 本文對(duì)國(guó)內(nèi)外主要類(lèi)型的電纜故障測(cè)距設(shè)備進(jìn)行了比較和分析，

2、同時(shí)根據(jù)當(dāng)前電纜故障測(cè)距方法的發(fā)展趨勢(shì)，提出一種基于SOPC（System On a Programmable Chip）技術(shù)的電纜故障測(cè)距系統(tǒng)的實(shí)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(yùn)行效率高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)；采用Megacore IP軟核生成FFT運(yùn)算模塊，可實(shí)現(xiàn)自相關(guān)分析對(duì)電纜故障距離的精確計(jì)算以及故障類(lèi)型的判斷；借助于Avalon總線，實(shí)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(pán)以及高速A/D等驅(qū)動(dòng)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(duì)整個(gè)電纜故障測(cè)距系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。首先介紹電纜故障測(cè)距的原理，詳細(xì)描述了基于行波的低壓脈沖測(cè)距法以及自相關(guān)分析的理論應(yīng)用。其次介紹了SOPC開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括Quartus II底層驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)環(huán)境，Nios II軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，嵌入式IP軟核，Avalon總線等。隨后，給出了基于SOPC開(kāi)發(fā)平臺(tái)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(jì)以及AD采樣性能分析；FPGA外圍電路、存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及通訊接口設(shè)計(jì)；人機(jī)界面（包括彩色液晶與鍵盤(pán)）設(shè)計(jì)。在硬件電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)也展開(kāi)了論述：描述了整體軟件架構(gòu)以及Nios II上層軟件對(duì)各個(gè)外設(shè)的讀寫(xiě)；給出了基于Avalon總線的各個(gè)外設(shè)驅(qū)動(dòng)模塊的具體實(shí)現(xiàn)，包括SDRAM存儲(chǔ)器、CFI控制器、A/D驅(qū)動(dòng)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(jì)，并在此基礎(chǔ)上提出了如何利用FFT模塊實(shí)現(xiàn)自相關(guān)分析算法的編程思想。 作為設(shè)計(jì)方案的最終體現(xiàn)和驗(yàn)證，作者對(duì)基于SOPC技術(shù)的電纜故障測(cè)距系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行了調(diào)試。試驗(yàn)結(jié)果表明：上位機(jī)與FPGA芯片通訊可靠穩(wěn)定；SOPC開(kāi)發(fā)平臺(tái)中各個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊運(yùn)行正常；FFT模塊可快速地進(jìn)行自相關(guān)算法的計(jì)算；Nios II上層軟件高效地控制故障測(cè)距系統(tǒng)的運(yùn)行，體現(xiàn)出了良好的性能和擴(kuò)展性。這些結(jié)果驗(yàn)證了方案的正確性和可行性。由于