高压开关柜智能监控系统设计

高压开关柜智能监控系统设计作者姓名***学院名称信息与电子学院指导教师**教授答辩委员会主席**教授申请学位工程硕士学科专业电子与通信工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2014DesignofHighVoltageSwitchCabinetIntelligentControlSystem北京理工大学工程硕士学位论文I摘要随着电力系统对安全性的要求越来越高，对电网的监控已成为一个高度重视的课题，特别对在电力系统中起控制和保护作用的高压开关柜的研究成为一种必然趋势。开发一种高精度、高可靠性，附带监测及故障自诊断系统的高压开关柜智能监控系统，具有有着明显的经济效益和社会效益。本课题结合高压开关柜监控的现状和发展趋势，针对高压开关柜设备的开关状态位置、验电核相、温湿度控制等进行实时监测和智能化管理控制方面进行研究。在硬件设计中,以高性能微处理器ARM11为核心,辅以相应的外围驱动电路，同时采用了诸多的抗干扰措施,以保证系统能够在复杂的环境下正常工作。在软件设计中，采用嵌入式Linux系统作为开发平台，对控制系统的各个模块进行了驱动程序和应用程序的设计。最后对整个监控系统产品进行了测试验证，测试结果表明，该控制系统能够进行实时监测和智能化管理。本课题意在通过新的设计思想，使开关柜智能操控系统更符合现代化电力设备要求，以满足市场和不同的客户需求。关键词：开关柜；Linux；ARM；嵌入式系统北京理工大学工程硕士学位论文IIAbstractWiththegrowingdemandofpowersystemsecurity,thecontrollingofgridhasbecomeahighprioritytask,especiallyforpowersystemcontrolandprotectionofhigh-voltageswitchcabinethasbecomeaninevitabletrend，therefore，researchanddevelopmentofanewtypeofahighprecision,highreliabilityswitchcabinetmonitoringandfaultdiagnosissystemisofcleareconomicandsocialbenefits.Thistopiccombineshigh-voltageswitchcabinetstatusanddevelopmenttrendofmonitoring,high-voltageswitchcabinetequipmentonoroffposition,nuclearinspections,suchastemperatureandhumiditycontrolforreal-timecontrollingandresearchonintelligentmanagement.Inthedesignofhardware,microprocessorswithhighperformanceARM11core,complementedbyacorrespondingperipheraldrivingcircuit,togetherwithalotofanti-jammingmeasures,toensurethatthesystemisabletoworkinacomplexenvironment.Insoftwaredesign,usedasadevelopmentplatformforembeddedLinuxsystem,eachmoduleofthecontrolsystemfordriverandapplicationdesign.Finally,controllingsystemshavebeentestedasawholetoverify,testresultsshowthatthereal-timecontrollingandintelligentsystemcanmanage.Thistopicisintendedtoadoptnewdesignideas，sothatintelligentcontrolsystem，switchcabinetelectricalequipmentmoreinlinewithmodernrequirementstomeetthemarketanddifferentcustomerneeds.Keywords:SwitchCabinet；Linux；ARM；EmbeddedSystem北京理工大学工程硕士学位论文III目录第1章绪论...............................................11.1课题来源及研究背景...........................................11.2国内外研究现状...............................................11.3课题研究的目的和意义.........................................21.4课题研究的主要内容...........................................21.5论文的组织结构...............................................4第2章嵌入式体系结构......................................52.1嵌入式系统概述...............................................52.2ARM处理器...................................................62.3嵌入式Linux操作系统.........................................72.4本章小结.....................................................9第3章系统总体设计......................................103.1开关柜概述..................................................103.1.1开关柜基本概念.......................................103.1.2开关柜的特点.........................................113.1.3开关柜使用条件.......................................113.2开关柜的智能化技术..........................................123.2.1现代传感器技术.......................................133.2.2微机处理技术.........................................133.2.3状态监测和故障诊断技术...............................133.3系统总体设计方案............................................143.3.1硬件设计方案.........................................143.3.2软件设计方案.........................................153.4本章小结....................................................16第4章系统硬件设计......................................174.1ARM开发板..................................................174.2电源电路设计................................................18北京理工大学工程硕士学位论文IV4.3开关量输入电路设计..........................................184.4温湿度控制电路设计..........................................204.5带电显示电路设计............................................244.6加热器断电检测电路设计......................................254.7通信电路设计................................................264.8硬件抗干扰..................................................274.9本章小结....................................................28第5章系统的软件设计.....................................295.1搭建软件开发环境............................................295.1.1搭建交叉编译环境.....................................295.1.2生成BootLoader......................................305.1.3配置与编译嵌入式Linux内核..........................305.1.4嵌入式Linux文件系统................................325.2监控系统软件总体设计........................................335.3驱动程序设计................................................345.3.1Linux驱动程序概述...................................345.3.2驱动程序的实现.......................................355.4应用程序设计................................................375.4.1Linux文件I/O编程...................................375.4.2应用程序与驱动程序的关系.............................405.4.3应用程序的实现.......................................415.5本章小结....................................................46第6章系统测试结果......................................476.1测试平台及环境..............................................476.2测试步骤及结果..............................................476.3本章小结....................................................49结论.....................................................50北京理工大学工程硕士学位论文V参考文献.................................................51致谢