摘要：随着工业历程对电能质量的要求越来越高，暂态电能质量的检测和治理受到越来越多的重视。暂态电能质量扰动主要有电压尖峰、电压缺口、高频干扰、电压凹陷、电压中断和电压隆起等。检测暂态电能质量扰动的策略主要有傅里叶变换、S-变换、离散余弦变换和小波变换（welet tranorm）等。小波变换是上世纪80年代后期进展起来的运用数学分支，享有“数学显微镜”的美称。国外已有部分嵌入式产品利用快速傅里叶变换（FFT）和离散傅里叶变换（DTFT）的策略实现了电能质量的嵌入式系统测量实现，此类产品往往由于算法较为复杂、硬件系统性能较高而成本较高。但是，在现实利用中，不需要将每个频率的成分都识别得很清楚，仅需要提取出一定频段的信息，能够判断电能质量扰动的类型和发生时间即可。近年来，随着计算机和集成电路技术的日趋成熟，嵌入式系统进展迅速。由于具有性能可靠、功能较强、体积小、软硬件配置灵活以及成本较低等特点，嵌入式系统非常适合底层（或现场）系统的监测，在类似生产线、智能机器人、矿山设备、分布式多智能体等系统被广泛采取。嵌入式系统的出现，为电能质量在线监测系统的设计提供了必需的智能化硬件平台。电能质量浅析系统中利用DSP完成系统主要的数据处理功能，ARM嵌入式处理器作为系统的主CPU，负责系统的数据显示、传输以及人机交互等制约功能，不但可以同时将DSP的数据处理能力和ARM的制约能力发挥出来，而且可以在保证系统的实时性、可靠性的前提下尽量降低成本，缩短开发周期。目前，在国际上ARM+DSP的双核结构组合已经有一定的运用，而且已经出现将ARM核和DSP核集成在一起的芯片。无论在国际上还是在国内，基于ARM+DSP的现成评估板硬件系统不是很多。探讨和搭建这样的双核平台，具有一定的探讨价值。本论文设计了基于双核平台的电能质量检测浅析仪，主要完成以下探讨工作：1.电能质量监测的小波变换判断策略。本论文在浅析比较现有各类电能质量的判断策略的基础上，依据嵌入式系统的近况，选择能够在现有嵌入式系统中实现，同时又具有比较高的判断效率的策略——小波变换策略，给出利用小波变换策略较其他策略的优势。并以选择母小波、确定分解层数和确定小波频率三个步骤，利用小波变换策略实现电能质量检测。接着着重介绍选用Haar小波变换的策略实现电能质量检测，并列出电能质量信号产生的指标。最后，通过Matlab仿真的方式产生一定数量的样本验证了算法的可行性。2.嵌入式实现平台的硬件设计。根据浅析小波变换的原理，选择合适的硬件作为实现平台。探讨如何在硬件平台上整合为实现电能质量监测器的各个功能和模块，以及各硬件模块的具体实现历程。并以中选出了具有可实现性的DSP+ARM为处理核心的案例。围绕DSP+ARM计算和制约核心，选择了ADC芯片、霍尔器件、显示芯片、GPRS传输模块等主要外设芯片，并设计了相关电路组成模块。将各个模块组成一个完整满足实时计算要求的硬件设计平台案例。3.嵌入式实现平台的软件设计。基于DSP和ARM架构的电能质量浅析仪的软件功能与需求浅析，并借助DSP集成开发环境、ARM集成开发环境、器件手册和Qtopia开发环境，完成了启动DSP、启动ARM、算法编程、提升算法运转效率、AD采样、GPRS传输和LCD显示等系统的软件的实现。通过实现以上各个软件模块，系统能够启动和运转。使得系统能够尽可能利用DSP提供的硬件资源和计算能力完成实时小波计算。同时，在ARM系统中利用嵌入操作系统uCLinux以实现方便的人际交互。关键词：电能质量论文Haar小波变换论文嵌入式实现论文DSP论文ARM论文
摘要5-7
ABSTRACT7-10
目录10-12
第一章 绪论12-21
1.1 课题作用12
1.2 国内外近况12-20
1.2.1 嵌入式系统微处理器介绍13-15
1.2.2 电能质量检测近况15-16
1.2.3 电能质量浅析仪进展近况16-20
1.3 本论文的主要工作20-21
第二章 电能质量浅析策略21-38
2.1 引言21
2.2 电能质量综述21-24
2.2.1 电能质量定义[8]21
2.2.2 电能质量标准[9]21-22
2.2.3 电能质量浅析算法22-24
2.3 傅里叶变换法24-26
2.4 小波变换法26-32
2.4.1 小波变换基本原理[27][28]26-28
2.4.2 小波变换用于电能质量监测28-32
2.5 小波变换算法仿真32-37
2.5.1 电压尖峰32-33
2.5.2 电压缺口33-34
2.5.3 高频干扰34
2.5.4 电压凹陷34-35
2.5.5 电压中断35-36
2.5.6 电压隆起36-37
2.6 本章小结37-38
第三章 嵌入式系统的硬件设计38-54
3.1 引言38-39
3.1.1 数字信号处理器(DSP)[31][32]38
3.1.2 32 位嵌入式处理器 ARM[33][34]38
3.1.3 DSP 和 ARM 组成的双核系统[35][36]38-39
3.2 系统总体描述39-41
3.2.1 设计目标39-40
3.2.2 遵行标准40
3.2.3 系统原理框架40-41
3.3 主要功能模块描述41-53
3.3.1 DSP 模块41-46
3.3.2 ARM 模块46-49
3.3.3 模数转换部分49-50
3.3.4 通信模块50-52
3.3.5 液晶显示模块52-53
3.4 本章小结53-54
第四章 嵌入式系统的软件设计54-66
4.1 引言54
4.2 DSP 子系统程序设计54-60
4.2.1 DSP 的启动程序设计54-55
4.2.2 实时采样和 A/D 转换程序设计55-56
4.2.3 实时数据处理程序设计56-58
4.2.4 HPI 高速数据传输程序设计58-60
4.3 ARM 子系统程序设计60-65
4.3.1 uCpnux 的移植60-61
4.3.2 图形化界面的实现61-62
4.3.3 GPRS 通讯模块程序设计62-63
4.3.4 LCD 显示驱动程序设计63-65
4.4 本章小结65-66
第五章 系统性能66-76
5.1 本系统介绍66
5.2 系统结构与组成66-67
5.3 系统设计特点67-68
5.4 系统基本功能68
5.5 系统技术指标68-69
5.6 本系统的操作说明69-75
5.6.1 测量连接69-70
5.6.2 功能与操作说明70-75
5.7 本章小结75-76
第六章 全文总结及展望76-80
6.1 结论76-79
6.1.1 主要探讨工作76-77
6.1.2 经验教训总结77-78
6.1.3 论述探讨价值78-79
6.1.4 工程运用与参考价值79
6.2 未来工作展望79-80
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