詳解基于ARM的直流系統(tǒng)故障檢測(cè)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

　　1 ARM微處理器S3C44BOX

　　考慮到設(shè)計(jì)應(yīng)用的需要，選用了三星公司的S3C44BOX微處理器。這是該公司一款基于ARM7TDMI的SOC芯片。它一方面具有ARM處理器低功耗、高性能的優(yōu)點(diǎn)；又具有非常豐富的片上資源，非常適合嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。其特點(diǎn)如下：

　　·采用ARM7TDMI內(nèi)核，I/O電壓3.3V,內(nèi)核電壓2.5V;

　　·內(nèi)置鎖相環(huán)（PLL），系統(tǒng)主頻最高達(dá)66MHz;

　　·4種工作模式，可以實(shí)現(xiàn)電源管理以降低系統(tǒng)功耗；

　　·8kB的系統(tǒng)高速緩存（CACHE），極大地提高了系統(tǒng)運(yùn)行速度；

　　·支持8個(gè)MEMORY BANK,最大外部存儲(chǔ)空間達(dá)256MB,并支持SDRAM;

　　·內(nèi)置彩色LCD控制器；

　　·2路異步串口（UART）；

　　·71個(gè)通用I/O口；

　　·8通路模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）；

　　·實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）和看門狗電路（WATCHDOG）。

　　2 直流系統(tǒng)接地故障檢測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)

　　如圖1所示，可以看出此檢測(cè)裝置主要分為兩個(gè)部分：S3C44BOX主控單元及各種接口、信號(hào)采集及預(yù)處理單元。

　　此裝置將實(shí)現(xiàn)以下功能：

　　（1）通常情況：此裝置處于在線監(jiān)視狀態(tài)，通過(guò)采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)并依據(jù)相關(guān)算法判斷直流系統(tǒng)是否存在一點(diǎn)接地；

　?。?）直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地：當(dāng)發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)存在一點(diǎn)接地時(shí)，并啟動(dòng)低頻信號(hào)源，向電網(wǎng)中注入低頻信號(hào)；

　　（3）依次對(duì)低頻電壓和各個(gè)支路電流信號(hào)進(jìn)行同步采樣；通過(guò)直流系統(tǒng)每個(gè)支路上的電流互感器檢測(cè)出每個(gè)支路的電流信號(hào)。由多路開(kāi)關(guān)依次選通每個(gè)支路，將相關(guān)信號(hào)經(jīng)調(diào)理后進(jìn)行采樣，同步進(jìn)行低頻電壓信號(hào)的采樣，然后依次按照特定的基于小波變換的控制算法對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而確定故障支路，將結(jié)果顯示在LCD或是遠(yuǎn)程終端上以便于用戶查看并及時(shí)排除該接地故障。

　　3 軟件總體設(shè)計(jì)方案

　　對(duì)于一個(gè)開(kāi)放的嵌入式系統(tǒng)而言，其程序存儲(chǔ)器中一定要有系統(tǒng)的初始化代碼。初始化在系統(tǒng)復(fù)位后自動(dòng)完成。在系統(tǒng)的初始化中，必須包含如下的初始化代碼：設(shè)置入口指針、設(shè)置中斷向量表、初始化堆棧指針寄存器、初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng)、初始化I/O端口以及需要改變處理器的工作模式、初始化應(yīng)用程序存儲(chǔ)空間。之后，呼叫并開(kāi)始執(zhí)行應(yīng)用程序。

　　μC/OS-Ⅱ是基于μC/OS的，μC/OS自1992年以來(lái)已經(jīng)有好幾百個(gè)商業(yè)應(yīng)用。μC/OS-Ⅱ是為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，這就意味著，只要讀者有固化手段（C編譯、連接、下載和固化），μC/OS-Ⅱ可以嵌入到讀者的產(chǎn)品中成為產(chǎn)品的一部分?？梢灾皇褂忙藽/OS-Ⅱ中應(yīng)用程序需要的那些]系統(tǒng)服務(wù)。也就是說(shuō)某產(chǎn)品可以只使用很少幾個(gè)μC/OS-Ⅱ調(diào)用，而另一個(gè)產(chǎn)品則使用了幾乎所有μC/OS-Ⅱ的功能。這樣可以減少產(chǎn)品中的] μC/OS-Ⅱ所需的存儲(chǔ)空間（RAM和ROM），這種可裁剪性是靠條件編譯實(shí)現(xiàn)的。只要在用戶的應(yīng)用程序中（用#define constants 語(yǔ)句）定義哪些μC/OS-Ⅱ中的功能是應(yīng)用程序需要的就可以了。程序和數(shù)據(jù)兩部分的存儲(chǔ)用量已被最大努力的壓低了。μC/OS-Ⅱ可以管理64個(gè)任務(wù)，然而，目前這一版本保留8個(gè)給系統(tǒng)。應(yīng)用程序最多可以有56個(gè)任務(wù)。賦予每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)必須是不同的，這意味著μC/OS-Ⅱ不支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法（Round-robin Scheduling）。該調(diào)度法適用于調(diào)度優(yōu)先級(jí)平等的任務(wù)。

　　μC/OS-Ⅱ提供的僅僅是一個(gè)任務(wù)調(diào)度內(nèi)核，需要在其基礎(chǔ)上擴(kuò)展成實(shí)用的RTOS.根據(jù)該裝置的功能要求，系統(tǒng)軟件中需要實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的用戶任務(wù)：a.監(jiān)視；b.報(bào)警；c.啟動(dòng)低頻信號(hào)源；d.低頻電壓采樣，并計(jì)算其幅值和初始相位；e.選通各個(gè)支路并檢測(cè)其電流信號(hào)，然后利用小波算法進(jìn)行判斷；f. 在LCD或遠(yuǎn)程終端上顯示相關(guān)信息。其中任務(wù)e的具體流程如圖2所示。