RT1052在配網(wǎng)自動(dòng)化終端的應(yīng)用

原創(chuàng) 2020-03-06 16:31:00 RT1052 配網(wǎng)自動(dòng)化方案

一、FTU簡介

配網(wǎng)自動(dòng)化終端具有遙控、遙信，故障檢測(cè)功能，并與配電自動(dòng)化主站通信，提供配電系統(tǒng)運(yùn)行情況和各種參數(shù)即監(jiān)測(cè)控制所需信息，包括開關(guān)狀態(tài)、電能參數(shù)、相間故障、接地故障以及故障時(shí)的參數(shù),并執(zhí)行配電主站下發(fā)的命令，對(duì)配電設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，實(shí)現(xiàn)故障定位、故障隔離和非故障區(qū)域快速恢復(fù)供電功能。

二、FTU功能介紹

        1. 交流量采集：采集三相交流電壓、電流 （3U3I）
        2. 實(shí)現(xiàn)電壓、電流、零序電壓、零序電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率的測(cè)量和計(jì)算
        3. 直流量采集，2路直流輸入
        4. 狀態(tài)量采集：開關(guān)狀態(tài)、接地刀閘狀態(tài)采集
        5. 113次諧波分量計(jì)算、三相不平衡度的分析計(jì)算
        6. 遙信輸入（無源，24V）和遙控輸出（合、分閘、常開觸點(diǎn)）
        7. 事件順序記錄、歷史數(shù)據(jù)、主站下發(fā)信息可當(dāng)?shù)卮鎯?chǔ)
        8. 支持IEC 608705101、IEC 608705104、CDT92、DNP3.0、MODBUS 等多種常用規(guī)約
        （FTU參考設(shè)計(jì)不包含規(guī)約部分）
        9. 支持多種通訊方式，提供多路通訊接口，提供2路RS 232或2路RS485 +2 路 10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)口。
        10. 配置GPRS模塊
        11. 具備故障檢測(cè)及故障判別功能：過流、過負(fù)荷；
        12. 配備后備電源，當(dāng)主電源供電不足或消失時(shí)，能自動(dòng)無縫投入；
        13. 具備對(duì)時(shí)功能，支持SNTP

目前市面上很多客戶采用MCU+MPU雙處理器架構(gòu)，以利用MCU的實(shí)時(shí)性和MPU上運(yùn)行的穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和文件系統(tǒng)資源。那么，我們是否可以把MCU+MPU的結(jié)構(gòu)用一個(gè)MCU來替代？答案是完全可以，本文就介紹一種單處理核心的FTU實(shí)現(xiàn)方案。常規(guī)硬件方案框圖如下:

 

圖片1.png

本種方案的優(yōu)點(diǎn)是開發(fā)簡單，將加密、文件系統(tǒng)、主站通訊協(xié)議等裸機(jī)開發(fā)有難度的部分放到嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)，將有實(shí)時(shí)性要求的采集、遙控部分放到MCU開發(fā)。但是缺點(diǎn)也同樣比較明顯，就是成本的增加，隨著FTU市場(chǎng)的不斷的飽和，成本的PK決定未來產(chǎn)品的走向。

FET1052-C核心板基于NXP公司 i.MX RT1052跨界處理器設(shè)計(jì),搭載ARM Cortex-M7內(nèi)核，集微控制器的低功耗、易用性與應(yīng)用處理器的高性能、高擴(kuò)展性于一體。主頻600MHz（工業(yè)級(jí)528MHz），SRAM 512 KB(TCM)，SDRAM 16MB（可選32MB），QSPI-Nor Flash 4MB（可選16MB） 。

三、FTU參考設(shè)計(jì)硬件實(shí)現(xiàn)

    1、采用ADI公司的16bit ADC芯片AD7607-8，通過SPI擴(kuò)展，做三相電流和三相電壓檢測(cè)，支持8通道同步采樣，每個(gè)通道均能實(shí)現(xiàn)最高200Ksps，內(nèi)置電壓基準(zhǔn)，支持真正±10V和±5V雙極性信號(hào)輸入。2路ADC檢測(cè)直流量，電流檢測(cè)會(huì)使用差分AD輸入以提高精度；
    2、保留15-16個(gè)左右的GPIO口，作為遙信輸入和遙控輸出，以及狀態(tài)檢測(cè)和LED顯示等；
    3、ARM Cortex-M7處理器最高主頻600MHz（工業(yè)級(jí)528MHz），支持單精度和雙精度浮點(diǎn)單元FPU，可做諧波分量計(jì)算；
    4、引出4個(gè)UART口，其中2路作為RS232，2路作為RS485，其中一路UART可以連接GPRS模塊或者4G模塊，一路可接線損模塊；
   5、雙網(wǎng)口支持，一路網(wǎng)口通過i.MX RT1052片上的以太網(wǎng)控制器連接外接的PHY芯片KSZ8081，另一路通過UART外接自動(dòng)配置以太網(wǎng)控制器w7500包含TCP/IP連接芯片、PHY嵌入式、變壓器和RJ45，內(nèi)嵌48位全球唯一MAC地址；
    6、1路IIC接口，可擴(kuò)展外部RTC時(shí)鐘芯片RX8010SJ，CPU自帶RTC耗電量在mA級(jí)別，外擴(kuò)RTC在nA級(jí)別延長電池使用時(shí)間；
    7、FET1052-C核心板自帶16MB SDRAM和4MB的QSPI NorFlash作為程序和數(shù)據(jù)空間；
    8、1路SPI接口外接國網(wǎng)ESAM芯片； 9. CPU自帶兩路CAN2.0B控制器，最高支持1MB/s速率；
    9、溫度檢測(cè)通過DS18B20實(shí)現(xiàn)，GPIO模擬單總線協(xié)議；
    10、CPU內(nèi)置看門狗定時(shí)器，支持0.5-128秒超時(shí)設(shè)置

FTU參考設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)

    （1）使用Linux系統(tǒng)開發(fā)

    優(yōu)勢(shì)：可以降低開發(fā)難度，特別是在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、文件系統(tǒng)存儲(chǔ)方面。因?yàn)椴捎玫腖inux系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)全協(xié)議棧，TCP/IP、UDP、FTP、Telnet、SNTP等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。支持EXT3、EXT4、FAT32等文件存儲(chǔ)格式，多任務(wù)并發(fā)處理模式可以多線程多進(jìn)程方式開發(fā)，大大簡化工程師的開發(fā)難度，而且移植方便。

    缺點(diǎn)：Linux操作系統(tǒng)是一個(gè)非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，由于任務(wù)負(fù)載的不確定性導(dǎo)致中斷響應(yīng)時(shí)間延長，一般的響應(yīng)時(shí)間的單位是ms級(jí)別，這在電力系統(tǒng)控制中是非常致命的。而且通常可運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)的CPU方案都帶有MMU功能，主頻以及內(nèi)存、存儲(chǔ)的配置偏高以維持正常的系統(tǒng)開銷，這樣無疑會(huì)增加產(chǎn)品成本。

    （2）基于飛凌公司移植的FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開發(fā)，F(xiàn)reeRTOS是一個(gè)開源的、可移植的、小型的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核。支持硬件實(shí)時(shí)內(nèi)核、多任務(wù)無限制數(shù)量并發(fā)、任務(wù)通信、搶占式調(diào)度算法等特性。采用此系統(tǒng)開發(fā)不需要占用很大資源的存儲(chǔ)以及CPU性能，且可以移植網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧以及文件系統(tǒng)，大大降低了產(chǎn)品的成本。

    驅(qū)動(dòng)支持列表：

Freertos_event

任務(wù)等待事件

Freertos_queue

基于消息傳遞的日志記錄機(jī)制

Freertos_mutex

互斥鎖使用例程

Freertos_sem

信號(hào)量使用例程

Freertos_sem_static

信號(hào)量使用例程

Freertos_swtimer

軟件計(jì)數(shù)器及回調(diào)方法

Freertos_generic

隊(duì)列、軟件、計(jì)數(shù)器、tick hook、semaphore綜合例程

Freertos_tickless

使用LPTMR延時(shí)喚醒或者硬件中斷喚醒例程

Freertos_hello


Freertos_lpi2c_eeprom

IIC驅(qū)動(dòng)

Freertos_spspi

SPI驅(qū)動(dòng)

Freertos_lpuart

UART驅(qū)動(dòng)

Freertos_lwip

網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)

Freertos_sdcart

SD、TF卡驅(qū)動(dòng)

Freertos_usb_examples

USB驅(qū)動(dòng)

基于飛凌嵌入式FET1052-C核心板引腳PINMUX配置表詳見附件！

附件地址：https://pan.baidu.com/s/12atFm3l5iTx4tBkSznXUpw


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