基于ARM和uCOS—II的嵌入式继电保护装置的设计研究

龙源期刊网—II的嵌入式继电保护装置的设计研究作者：牛爱丽来源：《电子技术与软件工程》2013年第23期摘要：对于传统模式的继电保护装置系统本身存在的缺陷，提出一类将ARM嵌入式系统作为为中心的继电保护装置，对于嵌入式系统相应的硬件与软件具备相应仔细分析，最后经过相关实验证明继电保护装置设计方案的有效与可靠程度。因为移植了相应的嵌入式操作系统，强化了实践应用系统的交互通信能力和可裁剪性能，既能够根据现场用户的实际需求修改固定值，又能够实现远程操作的目标。此继电保护装置能够符合电力系统继电保护装置应当具备的选择性、速动性、灵敏性、可靠性与实时多任务等各方面的具体化要求。【关键词】继电保护嵌入式系统ARM1引言伴随着电力系统的日益复杂化发展，继电保护装置对于硬件与软件方面提出了较高的标准化要求。在当前阶段继电保护装置系统相关的处理器通常使用高性能的单片机来实现实际的控制需求[1]。然而随着继电保护系统趋向于多功能、智能化、可视化与网络化方向的实行扩充化发展，这部分处理芯片已经不可以完全符合实质性的需求。所以在设计新型的继电保护装置的同时应当选取高性能与低成本的新型处理器，所以提出了基于ARM和uC/OS-II的嵌入式继电保护装置以实现更优化的目标。2ARM嵌入式系统的设计2.1系统构架嵌入式系统通常能够分成软件系统与硬件系统两个具体部分，硬件系统包括控制电路与控制板，以及包括机械的其它附属性设备[2]。硬件系统作为嵌入式系统的重要部分，专门从事硬件的驱动、控制处理或者界面处理，能够提高硬件产品的使用价值。2.2ARM微处理器的选取根据时间应用开发的角度考虑，在选取ARM处理器时应当考虑了以下几项因素，分别为ARM微处理器内核、系统的工作频率、芯片内存储器的容量与片内外围电路。基于以上各项因素的实际考虑，并且结合继电保护的各种功能需要，经过对各种类型芯片的对比，把基于ARM7TDMI-S内核内嵌Flash存储器的微控制器作为系统的处理芯片，其具有结构简单的优势从而适合于工业控制。龙源期刊网开发套件，其具备相应的JTAG仿真技术，能够支持ADS1.2集成开发环境与PHILIPS全部型号ARM微控制器的仿真和开发实践；板上相应的功能组件和CPU之间部分能够运用跳线器选取连接或者断开连接；配置有4MbitSRAM与16MbitFLASH，能够便于样机的迅速开发和调试处理。2.4硬件电路的设计在以太网的相关硬件设计过程中应当处理各种实际性问题，比如CPU处理操作速度、RAM的空间容量、ROM的空间容量、10Mb/s与100Mb/s的自适应双网的冗余设计与相应切换策略。硬件设计平台的CPU选用ARM嵌入式系统，其强大的运算处理能力为继电保护装置的灵活性、可靠性与易操作性提供相应的保证，为相关程序设计提供了很大程度的灵活性。以太网相应的控制芯片有许多种类型，由Realtek公司产生制造的RTL8019AS使用范围相当广泛，具有成熟稳定的特点且价格成本较低。RTL8019AS能够全面化地支持IEEE802.3的相关标准，其数据收发速度能够达到10Mbps，内部设置了16KB的SRAM，能够作为发送与接收的缓存区。以太网控制芯片与嵌入式系统之前可以经过CPLD实现连接，CPLD芯片主要用于实现I/O口的扩展功能，以便减轻系统控制中心的处理负担。3基于uC/OS-II的TCP/IP协议uC/OS-II使用以优先级为基础的可剥夺式调度方案策略，可以充分地满足于系统对于实时性能的实际要求标准，并且其源代码为公开形式的，能够提供免费应用。TCP/IP协议在实质层面上为一系列协议的总体简称，包括了十多项协议标准。在目前阶段的硬件水平状况下，在继电保护装置中能够实现全部的协议中的各项内容为不现实的同时也是不必要的。依据实际要求，主要需要实现的内容分别为因特网控制报文协议、地址解析协议、网际层协议、传输控制协议与用户数据报协议等各个方面[3]。从基本上根据这五项协议能够构成一个小型化的TCP/IP协议。而且依据实际的状况，对于上述的五项协议也能够实行相应的合理简化，在能够满足完成通信功能的条件下，确保系统的实时与可靠程度。TCP/IP相应的传输层给应用层提供了两种类型的具体化服务，其一为面向连接形式的可靠传输服务TCP协议，通讯相应的发起节点在每一次实行通讯时在传输层都应当和通讯接收方首先建立三次握手连接之后才可以实行发送处理；其二为无连接形式的通用型数据报协议UDP协议，这类传输方式因为不需要事先建立相应握手联系，因此其效率比较高，而且具有单播、分组广播与广播三种形式[4]。继电保护装置之中以太网的通信主要是使用UDP协议来实现数据的传输功能。TCP协议可以实现可靠性能的数据传输功能，然而具有延时的缺点而容不易把握，不利于数据的实时传输功能实现。UDP协议表现出传输数据的实时性能较强且效率较高，同时可以在同一时间向全部节点传输数据。4结束语龙源期刊网的嵌入式继电保护装置，能够很好地解决传统模式的继电保护装置存在不足，可以充分实现多功能、智能化、可视化与网络化等各种实现形式，具有较高的实际应用价值，成为一类高性能的继电保护装置[5]。使用uC/OS-II实时操作系统实行实时任务调度处理操作，能够确保以太网通信的实时性与可靠性程度，可以完全符合继电保护装置对于以太网通讯技术的标准实现要求。嵌入式系统以太网在继电保护装置中实现相关的具体化应用。参考文献[1]丁毓山，南俊星.微机保护与综合自动化系统[M].北京：中国水利水电出版社，2002.[2]杨奇逊.微机型继电保护基础[M].北京：中国水利电力出版社，1998.[3]汪觉恒，邓庆红.我国继电保护技术的现状与发展[J].湖南电力，2003（3）.[4]田有文等.微机继电保护的研究现状及展望[J].沈阳农业大学学报，2002（6）.[5]陈生贵等.电力系统继电保护[M].重庆：重庆大学出版社.作者单位保定中力电力科技发展有限公司河北省保定市071000