基于Xilinx FPGA平臺(tái)多種能源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　引言

　　傳統(tǒng)的基于嵌入式平臺(tái)的電能監(jiān)控系統(tǒng)往往具有監(jiān)控的對象也過于單一、制作成本高，應(yīng)用范圍窄，實(shí)用性能差等缺點(diǎn)，本文針對以上問題進(jìn)行了詳細(xì)分析，研究并設(shè)計(jì)制作出了基于Xilinx FPGA嵌入式平臺(tái)的新型電能監(jiān)控系統(tǒng)，利用高精度交流電能計(jì)量芯片ADE7758及直流AD串行采樣芯片ADS1110進(jìn)行交直流電能的監(jiān)測，與此同時(shí)，基于XC3S700A(Spartan-3)FPGA，搭建Microblaze軟核處理器，添加必要的外設(shè)后，嵌入μC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于嵌入式平臺(tái)的新型電能監(jiān)控系統(tǒng)，采用μC/OS-II+Microblaze的應(yīng)用平臺(tái)對與本中小嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用來說是十分適合的。

　　系統(tǒng)分析

　　能源監(jiān)測系統(tǒng)分析

　　圖1中，EMS既是設(shè)計(jì)的主體部分。能源的分配要求為：多路、多種清潔能源(風(fēng)電、光電)必須先合并為一路再輸出，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)能夠隨時(shí)接入原有供電系統(tǒng)且被優(yōu)先使用，無論此時(shí)市電或油電是否工作，市電和柴油發(fā)電的切換必須可以很方便地操作。

　　嵌入式能源監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建

　　跟據(jù)實(shí)際電能監(jiān)控需求，電能監(jiān)控終端系統(tǒng)框圖如上圖2。基于Spartan-3內(nèi)核的嵌入式處理器XC3S700A，由Microblaze軟核為處理器核心，添加URAT、IIC、SPI等總線接口，使得核心系統(tǒng)功能完善。處理器周圍包含有不同的硬件功能模塊，如負(fù)責(zé)信息上報(bào)的通訊模塊、負(fù)責(zé)友好人機(jī)界面的用戶UI模塊、用戶操作平臺(tái)按鍵控制模塊、以及能源測量的接入模塊等，其中能源監(jiān)控系統(tǒng)需要完成多種能源的監(jiān)控，包含了傳統(tǒng)能源：市電和油電(屬于交流電，并包含三相電)，以及綠色能源：風(fēng)電和光電(屬于直流電，電壓范圍為48V～58V)。為了保障能源數(shù)據(jù)監(jiān)控的準(zhǔn)確性，傳統(tǒng)能源采集模塊采用的是專用3相電能計(jì)量芯片ADE7758，電能計(jì)量精度優(yōu)于3%，綠色能源采集模塊采用的是16位串行模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器芯片ADS1110。這兩種芯片分別采用SPI和IIC總線結(jié)構(gòu)，這在XC3S700A上易于實(shí)現(xiàn)。測量的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理器片內(nèi)運(yùn)算，經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)一步處理，完成電能監(jiān)控。