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基于NiosⅡ的电能质量监测系统设计

作　者: 刘尧虎
导　师: 刘桥
学　校: 长沙理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 电能质量监测系统 SOPC NIOSⅡ FFT
分类号: TM933.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着经济的发展,电力系统的可靠性和电能质量越来越多地受到人们的关注,而大量具有非线性、冲击性的电气设备广泛应用于电力系统及日常生活中,导致电能污染日趋严重,因此,对电能质量的可靠监测与精确分析,成为了目前急需解决的问题。本文针对这个问题,通过分析电能质量监测的发展状况,综合比较了基于DSP、ARM等几种电能质量监测系统的开发模式;为了满足电能质量监测系统的快速性、可靠性、高精度性、支持复杂算法和保持实时性的要求,利用SOPC可裁剪、可扩充、可升级的技术优势,提出了基于NiosⅡ的电能质量监测系统设计方案,重点研究并设计了信号调理及A/D采集电路模块、频率测量电路模块、FFT模块以及键盘显示电路模块;利用超高速集成电路硬件描述语言(VHDL)对各个功能模块进行了软件设计,采用SDRAM和SRAM分别作为监测系统的程序存储器和数据存储器,通过分析电压有效值、谐波含有率、频率波动和三项不平衡度等指标,完成了对系统的功能测试,并从无功补偿和降低THD值等方面,提出了电能质量及测试的改善措施,作为阶段性成果,基本达到了系统设计的目的。基于NiosⅡ的电能质量监测系统具有集成度高、开发周期短、设计工程成本低、具有可重构性等优点,提高了系统的灵活性和可扩张性,对电能质量监测技术的发展具有积极的意义。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-15
  1.1 研究背景及意义  9-10
    1.1.1 电能质量的研究背景及意义  9-10
    1.1.2 本文研究背景及意义  10
  1.2 电能质量监测系统的研究现状  10-14
  1.3 本文的主要工作  14-15
第二章电能质量监测系统的总体设计  15-22
  2.1 电能质量概念  15-16
  2.2 SOPC 技术及Nios Ⅱ软核处理器系统  16-17
  2.3 系统的总体设计  17-21
    2.3.1 电能质量监测系统的设计原理  17-18
    2.3.2 基于 DSP 软硬件平台结构的开发模式  18
    2.3.3 基于 ARM 软硬件平台结构的开发模式  18-19
    2.3.4 本文采用的开发模式  19-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章基于Nios Ⅱ电能质量监测系统硬件设计  22-39
  3.1 系统硬件总体构成  22-23
  3.2 信号调理及 A/D 采集电路  23-27
    3.2.1 互感器的选用  23-24
    3.2.2 信号调理电路  24
    3.2.3 AD 芯片的选用  24-25
    3.2.4 A/D 转换器与FPGA 的连接  25-27
  3.3 SOPC 综合开发平台设计及FPGA配置  27-32
    3.3.1 SOPC 综合开发平台结构布局  27-28
    3.3.2 MAX Ⅱ CPLD  28-29
    3.3.3 FPGA 配置  29-32
  3.4 频率测量模块  32-33
  3.5 键盘与显示单元  33-37
    3.5.1 编码式键盘接口  34-36
    3.5.2 显示模块  36-37
  3.6 存储模块  37-38
  3.7 本章小结  38-39
第四章系统软件设计及功能测试  39-59
  4.1 软件总体设计与流程  39-40
  4.2 Nios Ⅱ软核处理器的软件设计  40-41
  4.3 各功能模块设计及测试  41-55
    4.3.1 A/D 模块设计及测试  41-44
    4.3.2 频率测量模块设计及测试  44-45
    4.3.3 FFT 模块设计及测试  45-53
    4.3.4 其他功能模块设计  53-55
  4.4 电能质量及测量的改善措施  55-58
  4.5 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-63
致谢  63-64
附件A 攻读学位期间发表的学术论文  64-65
附件B AD 控制模块的VHDL 程序  65-67
附件C 频率测量模块的VHDL 程序  67-70
附件D FFT 模块的VHDL 程序  70-75
附件E 驱动 128*64LCD 模块的 VHDL 程序  75-77

基于NiosⅡ的电能质量监测系统设计

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