本文结合XBZ智能箱式变电站的研究和开发，提出了基于CAN总线的箱式变电站综合自动化系统，主要内容如下： (1)总体介绍箱式变电站的一次方案设计、综合自动化的系统结构、功能以及技术参数分析。 (2)对CAN总线技术进行研究分析，在此基础上制订了自定义应用层的CAN总线通信协议，该协议是综合自动化系统内进行数据通信的基础。 (3)讨论交流采样的工作原理和电量参数测量理论，包括交流采样同步方法，电参数计算公式，有效值开方运算的讨论。 (4)根据箱式变电站综合自动化的要求，对智能测控单元进行了全面的软硬件设计。 (5)讨论OPC技术的应用并设计一个OPC数据访问服务器，OPC数据服务器能使监控软件与智能测控单元数据通信协议无关，使监控主站成为开放软件平台。 调试与测试结果表明本文所研制的系统交流采样达到设计精度要求、CAN总线工作正常，这在一定程度上验证了设计的有效性和正确性。
上传时间： 2013-04-24
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变电站自动化系统在我国应用发展十多年来，为保障电网安全经济运行发挥了重要作用。但目前也多少存在着二次接线复杂，自动化功能独立、堆砌，缺少集成应用和协同操作，数据缺乏有效利用等问题。这些问题大多是由变电站整体数字化水平不高、缺乏能够完备实现信息标准化和设备之间互操作的变电站通信标准造成的。 电力工业发展和市场化改革的深入对供电质量和电网安全经济运行的要求不断提高，作为输配电系统的信息源和执行终端，变电站数字化、信息化的要求越发迫切，数字化变电站成为变电站自动化系统的发展方向。电子式电流/电压互感器、智能开关等智能化一次设备的诞生使建设数字化变电站成为可能，高速、可靠和开放的通信网络以及完备的通信系统标准是数字化变电站实现的保障，特别是最新颁布的变电站通信网络与系统的国际标准-IEC 61850为建设数字化变电站提供了全面规范。本文以IEC 61850和基于IEC 61850的数字化变电站通信网络为研究对象，结合新架构的全网络化数字保护平台与试验系统研制的具体实践，展开专门研究，主要内容包括： ◇ IEC 61850的理论分析①揭示了IEC 61850与数字化变电站的内在关联。 ②总结了IEC 61850的内涵，通过分析说明IEC 61850不再是简单的通信协议，更多意味的是变电站自动化系统的功能建模方法。 ③归纳了IEC 61850的主要技术特征，包括功能分层的变电站、面向对象的信息模型、功能与通信的解耦、变电站配置语言和面向对象的数据自描述等。 ④从“类”的角度入手分析了IEC 61850信息模型，指出信息模型具备了类的共性和特性。以合并单元为例，对信息模型的属性和服务进行了具体分析。 ◇ IEC 61850的应用研究①从系统和设备两个层面总结了实践IEC 61850的一般步骤。 ②分析了采样值传输(SVC)和通用变电站事件(GSE)2类重要的通信服务。 ③研究了核心ACSI、GOOSE、SMV、GSE管理、GSSE，时间及时间同步等通信模型的特殊通信服务映射。 ④讨论了信息模型实体的构建方法，即如何让设备的实际功能、运行机制和数据能够准确和完备的实现设备对应信息模型的所有细节。IEC 61850没有对实现标准的具体方法作出规定，这给各厂商在技术实现上留出了足够的自由发挥空间。但同时我们注意到若仅在“形态”层面上实践IEC 61850，而不顾及IEC 61850的内涵和应用价值，则可能无法实现IEC 61850的预定目标或使IEC 61850的有益效果大打折扣。出于如此考虑，在提出3种可能的构建方案的基础上，经过分析从中选择出作者认为最优的方案，并给出了示例。 ◇基于IEC 61850的数字化变电站通信网络(CNDS)的研究①在分析以太网介质访问控制方法的基础上，针对标准以太网存在延时不确定的问题，总结了提高以太网实时性能的主要措施，并从中选择出适用于CNDS的措施。 ②分析了CNDS的特征，特别是与同样基于以太网的一般局域网的区别，针对CNDS在网络可靠性和安全性等方面的特殊要求，提出了应对措施和解决方案。 ③提出了过程子网和全站惟一网络2种组网方案。通过分析各自的特点与实现难度，指出过程子网目前较易实现，而全站惟一网络将凭借信息高度共享等优势成为CNDS的最终形态。阐述了VLAN、由交换机实现网络冗余等组网技术在SAS中的应用方法及IED自身通信冗余的实现方法。 ④归纳了CNDS数据流的类型和到达时间规律：建立了简单数据流模型为表征数据流、研究数据流业务特征和分析CNDS性能提供了有用工具；分析了TcP协议及其运行机制，提出了TcP应用于CNDS的优化方法。 ⑤利用OPNET网络仿真技术，建立了EMAC和TCP/IP仿真节点模型，对以太网、TCP和交换式以太网的基本特征等进行了仿真研究；依据CNDS实际承载的功能，建立了过程子网和站级网络的动态仿真模型，围绕网络延时和端到端延时等网络性能指标，对不同组网方式和应用功能下的网络性能进行了考察，得出了具有普遍适用性的结论和建议，为分析解决此类问题提供了通用方法。 ◇可接入CNDS的全网络化数字保护平台与试验系统的设计与实现①阐述了一种新架构的、能够无缝接入CNDS并具有多种运行方式的全网络化数字保护平台与试验系统的软硬设计和实现方法。提出了适用于数字保护的RTOS多任务划分方法。 ②以馈线保护测控装置为例，建立了平台的IEC 61850信息模型。以此为基础，在平台内部实现了利用SMV和GOOSE报文传输采样值和开入/开出信息，即实现了遵循IEC 61850的过程层通信，为平台接入IEC 61850系统和数字化变电站做好了准备。 ③进行了保护测量功能和过程层通信试验，验证了平台的可用性和过程层通信的可靠性，为类似设计方法在间隔层IED上的应用提供了可信依据。
上传时间： 2013-05-28
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基于现场总线的网络技术研究是自动控制领域发展的一个热点。在各种工业现场总线中，CAN总线以其成本低、速度快、实时性和可靠性较高等特点被广泛应用于各领域。CIA(CAN in Automation)协会发布了完整的CANopen协议，定义了应用层和通讯子协议，为基于现场总线的分布式控制系统的广泛应用提供了解决之道。 本文研究国内外现场总线发展现状后，以改善现场总线网络通讯系统的运行效率，提高实时性和信息处理能力为前提，浅析CAN总线高层通讯协议CANopen，分析了主、从节点的各个功能，说明了功能的设计和实现方案。 然后，本文将CANopen协议应用于分布式控制系统，详细论述了基于PIC18控制器的从节点和基于DSP控制器的主节点的实现过程。主、从节点具有基于CANopen协议的总线通信功能。从节点具有数字量和模拟量输入输出功能。主节点可以通过键盘对各节点运行状态和各节点参数进行调整，还可以通过液晶屏显示实时控制量和各节点运行状态。PC机能在线监测CAN报文数据流。本文对两种类型节点的设计思想、硬件组成和软件设计均做了详尽的阐述，并给出了部分关键硬件原理图和软件流程图。 最后，把已开发的从节点和主节点组成一个温度测控系统和一个电机控制系统。经过实验室测试，证明系统具有良好的实时性，通讯稳定可靠，解决了传统CAN总线节点通讯可控性差，无法灵活设置的问题。对目前国内CAN总线应用中大多把精力放在硬件之上的底层软件开发，少有使用上层软件协议的习惯，起到了一定的推动意义，提高了应用水平。
上传时间： 2013-04-24
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温室是设施农业的重要组成部分，国内外温室种植业的实践经验表明，提高温室的自动控制和管理水平可充分发挥温室农业的高效性。随着传感技术，计算机技术及通讯技术的迅猛发展，现代化温室信息自动采集及智能控制系统的开发已越来越引起人们的重视，并成为一个具有重要意义的研究方向。因此设计了基于PIC单片机的温室自动控制系统，使其对温室环境进行控制，为植物创造适宜的生长条件，从而使农作物获得高产，提高农业生产的经济效益。 文中论述了国内外温室环境控制技术的发展及现状，分析了温室的内部机理，给出了所采用的温室小气候温湿度模型；通过对温室环境历史数据的分析，得出了温室温度控制系统的近似数学模型。 系统采用模糊控制算法实现对温湿度的控制。详细研究了模糊控制的机理，建立了针对几种执行机构的模糊控制规则表；在模糊推理中采用了T-S模型的推理方法，此方法确定的控制规则工程意义明确，易于调整。并以温度控制系统为对象，使用MATLAB对模糊算法进行仿真；仿真结果表明，这种算法具有超调量小、稳定性强、适应性好等特点，能够达到预期的控制效果，是一种较为理想的智能控制方案。 温室自动控制系统的硬件部分由上位机和下位机及其外围电路组成。上位机采用PC机，通过与下位机间的通信实现对温室的统一管理；下位机及其外围电路实现温室环境参数的检测、显示和实时控制，微处理器采用的是PIC16F877A单片机。这种以单片机为核心的控制器还可以在不依赖上位机的情况下独立实现参数的测控。 在软件设计方面，将模糊控制算法引入其中，给出了主程序、模糊算法程序、通信程序等程序流程图。使用MSComm控件实现上下位机间通信；并采用VB6.0对上位机界面进行了设计，使程序简单、清晰、为用户提供了直观友好的管理平台。整个系统软硬件搭配合理，设计、开发、维护方便，具有较高的性价比。
上传时间： 2013-07-21
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本文提出了一种基于USB和FPGA的高性能数据采集模块USB12016(USB总线，A/D垂直分辨率为12位，存储容量为16兆)的软硬件设计与实现方法。该数据采集卡包括模拟输入、A/D转换、数据缓存、FPGA控制电路和USB总线接口等，在一张卡上实现了8通道模拟信号调理、采集、处理，并可实现多卡同步触发采集，具有高精度，低噪声，低失真和测试信号范围宽的特点。USB12016配有系统驱动控制程序软件，在Windows9X/2000版本的操作平台下运行，控制面板完全是虚拟仪器软面板，图形化界面十分友好。USB12016是USB接口技术、FPGA技术和嵌入式技术融为一体的结晶，已成功应用于军事测控领域。
上传时间： 2013-06-12
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随着科学技术的飞速发展，电子测量技术被广泛应用在电子、机械、医疗、测控及航天等各个领域，而电子测量技术要用到各种形式的高质量信号源，因此任意波形发生器的研制就具有非常重要的现实意义。 本文便是基于DDS(DirectDigitalSynthesis)技术进行任意波形发生器研制的。要求可以产生正弦波、方波、三角波与锯齿波等常规波形，而且能够产生任意波形，从而满足研究的需要。具体工作如下： (一)介绍国内外关于任意波形发生器研究的发展情况，阐述频率合成技术的各种方式与技术对比情况，并选定直接数字频率合成技术进行研制。 (二)介绍系统的硬件设计构成与功能实现，并对系统部件进行逐一细述。选用单片机作为控制模块，使用FPGA实现DDS功能作为技术核心，并对外围电路的设计与接口技术进行分析。 (三)讲述DDS的工作原理、工作特点与技术指标，并基于FPGA芯片EP1C3T144C8进行设计，通过使用相位累加器与波形ROM等模块，实现DDS功能。同时辅以使能模块与行列式键盘，实现各种波形的灵活输出。 (四)给出系统产生的测试数据，并对影响频谱纯度的杂散与噪声产生的原因进行分析。
上传时间： 2013-04-24
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高速数据采集系统在信号检测、雷达、图像处理、网络通信等领域有广泛应用，不同的应用要求使用不同的总线和不同的设计，但是，无论基于何种应用，其设计的关键在接口的实现上。 @@ 随着cPCI总线技术的发展，cPCI总线逐渐代替了PCI总线、VME总线，成为测控领域中最受人们青睐的总线形式。 @@ 为满足高速采集过程中数据传输速度的要求和采集卡与PC机连接的机械强度的要求，本论文提出设计基于cPCI总线接口的数据采集系统。设计中利用单片FPGA芯片实现PCI协议，代替传统的FIFO芯片和串并转换芯片，并完成对模拟电路的控制功能；并提出将应用程序中的一部分数据读写操作放入动态链接库中，减少因应用程序反复调用驱动程序而造成的资源浪费和时间的延迟。 @@ 通过分析PCI总线协议，理解高频数字电路设计方法和高速数据采集原理，本文开发了基于cPCI接口的高速数据采集系统。经过综合测试和现场应用验证表明，采集系统已达到了要求的性能指标。 @@关键词：FPGA；数据采集系统；cPCI； PC
上传时间： 2013-07-08
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温湿度是影响粮食储藏的重要参数，两者之间是相互关联的，温湿度控制不好必然引起粮食发热和霉变，且极易产生连锁反应，从而造成难以挽回的损失。温湿度的控制直接影响到粮食存储系统的性能。冈此，粮食温湿度测控技术在农业上的应用是十分重要的。本文研究基于FPGA的粮仓温湿度监制系统。 设计了基于FPGA的粮仓温湿度监控系统，该系统主要由温湿度传感器、控制电路、单片机和上位机构成。单片机主要完成温度数据的采集和上位机的通讯；控制电路基于FPGA进行设计，主要负责采集湿度信息，计算温湿度偏差及其变化率，通过调用模糊控制算法对温湿度进行模糊控制，单片机通过RS485总线和上位机进行串口通信，使上位机能够实时记录，显示温湿度变化值和控制过程曲线。该系统实现了粮仓内温湿度的实时监测，使管理人员可以实时掌控粮仓内的温湿度情况。 采用FPGA设计控制电路简化了系统的组成和外围数字电路，易于系统扩展和升级，内部集成了信号处理、控制、检测电路，减少了系统的体积，缩短了开发周期，大大增强了系统的可靠性；配合功率驱动、电源等外围电路，完成信号采集、处理和控制等功能，节省了开发成本，使粮仓温湿度控制系统更加集成化。这也恰恰更加符合当今电子产品高精度，集成化的要求。 系统采用直接输出数字量的DS1820温度传感器和湿度传感器HS1101并将HS1101与555定时器组成振荡电路，其输出为频率脉冲信号，与湿度值成线性关系，该频率脉冲信号可直接送入FPGA进行计数，这样温湿度传感器输出的信号都没有经过放大、A/D转换，进一步减少了测量误差。控制电路采用了VHDL硬件描述语言进行编写。本装置已作出实样，通过了调试，已达到预期效果。
上传时间： 2013-06-16
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文章开篇提出了开发背景。认为现在所广泛应用的开关电源都是基于传统的分立元件组成的。它的特点是频率范围窄、电力小、功能少、器件多、成本较高、精度低，对不同的客户要求来“量身定做”不同的产品，同时几乎没有通用性和可移植性。在电子技术飞速发展的今天，这种传统的模拟开关电源已经很难跟上时代的发展步伐。 随着DSP、ASIC等电子器件的小型化、高速化，开关电源的控制部分正在向数字化方向发展。由于数字化，使开关电源的控制部分的智能化、零件的共通化、电源的动作状态的远距离监测成为了可能，同时由于它的智能化、零件的共通化使得它能够灵活地应对不同客户的需求，这就降低了开发周期和成本。依靠现代数字化控制和数字信号处理新技术，数字化开关电源有着广阔的发展空间。 在数字化领域的今天，最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域。近年来，数字电源的研究势头与日俱增，成果也越来越多。虽然目前中国制造的开关电源占了世界市场的80％以上，但都是传统的比较低端的模拟电源。高端市场上几乎没有我们份额。 本论文研究的主要内容是在传统开关电源模拟调节器的基础上，提出了一种新的数字化调节器方案，即基于DSP和FPGA的数字化PID调节器。论文对系统方案和电路进行了较为具体的设计，并通过测试取得了预期结果。测试证明该方案能够适合本行业时代发展的步伐，使系统电路更简单，精度更高，通用性更强。同时该方案也可用于相关领域。 本文首先分析了国内外开关电源发展的现状，以及研究数字化开关电源的意义。然后提出了数字化开关电源的总体设计框图和实现方案，并与传统的开关电源做了较为详细的比较。本论文的设计方案是采用DSP技术和FPGA技术来做数字化PID调节，通过数字化PID算法产生PWM波来控制斩波器，控制主回路。从而取代传统的模拟PID调节器，使电路更简单，精度更高，通用性更强。传统的模拟开关电源是将电流电压反馈信号做PID调节后--分立元器件构成，采用专用脉宽调制芯片实现PWM控制。电流反馈信号来自主回路的电流取样，电压反馈信号来自主回路的电压采样。再将这两个信号分别送至电流调节器和电压调节器的反相输入端，用来实现闭环控制。同时用来保证系统的稳定性及实现系统的过流过压保护、电流和电压值的显示。电压、电流的给定信号则由单片机或电位器提供。再次，文章对各个模块从理论和实际的上都做了仔细的分析和设计，并给出了具体的电路图，同时写出了软件流程图以及设计中应该注意的地方。整个系统由DSP板和ADC板组成。DSP板完成PWM生成、PID运算、环境开关量检测、环境开关量生成以及本地控制。ADC板主要完成前馈电压信号采集、负载电压信号采集、负载电流信号采集、以及对信号的一阶数字低通滤波。由于整个系统是闭环控制系统，要求采样速率相当高。本系统采用FPGA来控制ADC，这样就避免了高速采样占用系统资源的问题，减轻了DSP的负担。DSP可以将读到的ADC信号做PID调节，从而产生PWM波来控制逆变桥的开关速率，从而达到闭环控制的目的。 最后，对数字化开关电源和模拟开关电源做了对比测试，得出了预期结论。同时也提出了一些需要改进的地方，认为该方案在其他相关行业中可以广泛地应用。模拟控制电路因为使用许多零件而需要很大空间，这些零件的参数值还会随着使用时间、温度和其它环境条件的改变而变动并对系统稳定性和响应能力造成负面影响。数字电源则刚好相反，同时数字控制还能让硬件频繁重复使用、加快上市时间以及减少开发成本与风险。在当前对产品要求体积小、智能化、共通化、精度高和稳定度好等前提条件下，数字化开关电源有着广阔的发展空间。本系统来基本上达到了设计要求。能够满足较高精度的设计要求。但对于高精度数字化电源，系统还有值得改进的地方，比如改进主控器，提高参考电压的精度，提高采样器件的精度等，都可以提高系统的精度。 本系统涉及电子、通信和测控等技术领域，将数字PID算法与电力电子技术、通信技术等有机地结合了起来。本系统的设计方案不仅可以用在电源控制器上，只要是相关的领域都可以采用。
上传时间： 2013-06-29
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目前，数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域，信号处理算法理论己趋于成熟，但其具体硬件实现方法却值得探讨。FPGA是近年来广泛应用的超大规模、超高速的可编程逻辑器件，由于其具有高集成度、高速、可编程等优点，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性，在超高速信号处理和实时测控方面有非常广泛的应用。本文对FPGA的数据采集与处理技术进行研究，基于FPGA在数据采样控制和信号处理方面的高性能和单片系统发展的新热点，把FPGA作为整个数据采集与处理系统的控制核心。主要研究内容如下： FPGA的单片系统研究。针对数据采集与处理，对FPGA进行选型，设计了基于FPGA的单片系统的结构。把整个控制系统分为三个部分：多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块。 多通道采样控制模块的设计。利用4片AD7506和一片AD7862对64路模拟量进行周期采样，分别设计了通道选择控制模块和A/D转换控制模块，并进行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采样控制。 数据处理模块的设计。FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件实现结构，提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想，给出了总体实现框图。分别设计了旋转因子复数乘法器，碟形运算单元，存储器，控制器，并分别进行了仿真。重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元，采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器，从而提高了蝶形处理器的运算速度，降低了运算复杂度。理论分析和仿真结果表明，状态机控制器成功地对各个模块进行了有序、协调的控制。 存储控制模块的设计。利用闪存芯片K9K1G08UOA对采集处理后的数据进行存储，设计了FPGA与闪存的硬件连接，设计了存储控制模块。 本文对FFT算法的硬件实现进行了研究，结合单片系统的特点，把整个系统分为多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块进行设计和仿真。设计采用VHDL编写程序的源代码。仿真测试结果表明，此FPGA单片系统可完成对实时信号的高速采集与处理。
上传时间： 2013-04-24
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