基于高端Cortex-A9处理器的电能质量分析与录波方案设计

随着国家工业规模的扩大和科学技术的发展，电网负荷结构面临诸多电能质量问题。一方面，非线性、冲击性和不平衡负荷的大量增长使得电能质量恶化；另一方面，随着信息技术的发展。越来越多的敏感负载对电能质量的要求也越来越高。这就要求电能质量检测分析设备具有实时检测、快速分析、实时显示的能力。

采用嵌入式计算机系统(ARM)和高性能数字信号处理器(DSP)处理器架构设计电能质量分析仪能满足上述要求。DSP 系统实现电压、电流信号的实时采集处理，通过傅里叶变换和小波算法得到电能质量参数；ARM 嵌入式平台运行Linux操作系统完成人机交互、数据存储、异常录波、实时显示等功能。

硬件系统包括信号调理、数据采集与处理、ARM 嵌入式平台、协控制器和电源系统5 个模块，系统框架如下图所示。电网电压电流信号经调理电路预处理；采用高速 ADC数字化后由 DSP 处理器系统实现缓存及快速、准确的分析计算；采集到的波形数据和分析计算结果通过 FIFO 传递到 ARM 嵌入式平台；采用 LCD 实现波形和分析结果显示；

采用 SATA硬盘存储设备来存储大量的数据以便回放或进一步深入分析；利用键盘或触摸屏实现人机交互功能；设置 RS-232、USB和网络接口，便于实现电能质量分析装置统化和网络化扩展。

系统中采用 FPGA芯片设计协控制器。它的作用主要是产生A/D转换器所需要的采样时钟、完成采样通道的时序控制、综合 FIFO 读时钟逻辑、控制逻辑等。

推荐方案

设计采用基于NXP i.MX6Q的核心模块，集成四核1.0GHz Cortex-A9处理器、2GB内存、8GB存储，模块支持众多外设接口：LCD 接口用于 TFT 液晶屏的驱动，USB 接口适用于多种即插即用设备，SATA接口可以支持硬盘用于海量数据存储（实现录波），触摸屏接口可实现触摸屏控制，网络接口实现数据与后台服务器上传，串口可以扩展RS-485、GPS等功能，扩展总线接口与PCIe接口可扩展FPGA。

ARM 嵌入式平台移植了Linux操作系统。在实时数据管理、图形界面、开发环境等方面极易上手。