曹建剛，蔣彥明，劉君俠，李運濤，張燕軍

(西北機電工程研究所，陜西 咸陽 712099)

初級電站的功能是將系統(tǒng)主、輔發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)穩(wěn)壓、變換與分配后向全系統(tǒng)供電。設計初級電站運行系統(tǒng)的目的是實現(xiàn)對初級電站運行狀態(tài)實時監(jiān)控，保障初級電站可靠工作，以滿足大功率交流調(diào)速隨動系統(tǒng)以及綜合管理、雷達、光電、火控等設備的多種電力需求。隨著數(shù)字技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展,尤其是嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展和廣泛應用，為初級電站監(jiān)測系統(tǒng)的構建提供了一個基本平臺。本文對嵌入式系統(tǒng)在初級電站監(jiān)測系統(tǒng)應用中的幾個關鍵問題分別進行了探討。

1 系統(tǒng)用途和體系結構

1.1 系統(tǒng)用途

嵌入式系統(tǒng)是嵌入到對象中的專用計算機系統(tǒng)，具有功耗小、體積小、集成度高、移動能力和網(wǎng)絡能力強的特點[1]， API函數(shù)加快了軟件開發(fā)進程并提高了程序的穩(wěn)定性[2]；嵌入式系統(tǒng)操作系統(tǒng)具有內(nèi)核小、多任務、可剪裁、可靠性高、專用性強等特點。而初級電站是一個涉及到發(fā)動機、發(fā)電機、控制器件等諸多零部件，復雜程度高的系統(tǒng)，初級電站工作正常與否必然涉及全武器系統(tǒng)能否正常運行，為此在制定初級電站總體方案時，考慮了嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)實時性、可靠性及精度的需要，實時監(jiān)測初級電站的各個功能單體的工作狀態(tài)，獲取初級電站各部分的工作參數(shù)，及時判斷發(fā)生的故障，并將初級電站狀態(tài)參數(shù)和故障信息實時上報給上層管理系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)體系結構

本系統(tǒng)按3層結構設計：

底層：各種傳感器、信號變換和處理電路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、變換和傳輸。

中間層：嵌入式系統(tǒng)控制器，實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)測、數(shù)據(jù)顯示、故障報警、CAN總線傳輸。

上層：綜合管理系統(tǒng)。

本文主要探討底層及中間層的實現(xiàn)，初級電站監(jiān)測系統(tǒng)體系結構如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

系統(tǒng)硬件包括嵌入式微處理器板、信號處理板和電源板3部分。

2.1 嵌入式處理器及硬件平臺的構建

選擇合適的嵌入式處理器及相關外圍硬件，構建硬件平臺，外圍器件電路基本部分由時鐘電路、SDRAM、Flash RAM、JTAG、鍵盤、USB、總線接口等。CPU：S3C44B0X,60 M ARM7DMI；BIOS：1 M NORFLASH；內(nèi)存：8 M SDRAM；海量存儲器：

16 M NANDFLash； 網(wǎng)絡接口：以太網(wǎng)接口；CAN接口：125 kb，250 kb，500 kb，1 Mb。

CAN總線采用在ARM上嵌入CAN總線控制器MCP2510，S3C44BOX通過SPI同步串口和MCP2510通訊[3]。

2.2 數(shù)據(jù)處理硬件及電源設計

初級電站監(jiān)測系統(tǒng)接收初級電站16路I/O量和8路模擬量采集信號，前級信號需通過信號處理板進行處理，處理板的功能主要是信號處理和信號隔離，其硬件包括隔離運算放大器ISO124、光電隔離器6N140A、電容、電阻等。 電源板由相應的DC/DC電源模塊組成，提供信號處理板和嵌入式微處理器板所需要的相應直流電源。

3 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

3.1 硬件抽象層BSP程序

硬件抽象層BSP程序包括嵌入式系統(tǒng)初始化、總線接口初始化程序和硬件相關的設備驅(qū)動程序，如片級初始化、板級初始化、系統(tǒng)初始化。

3.2 系統(tǒng)程序設計

初級電站應用程序主流程如圖2所示。系統(tǒng)程序包括實時操作系統(tǒng)(RTOS)、文件管理、圖形用戶接口(GUI)、網(wǎng)絡系統(tǒng)和通用模塊[4]。操作系統(tǒng)的選擇：本系統(tǒng)采用OS-2操作系統(tǒng)；操作系統(tǒng)移植設置includes.h中與處理器和編譯器有關的代碼，包括與編譯器相關的數(shù)據(jù)類型、開關中斷、堆棧生長方式、以及用C語言編寫的6個與操作系統(tǒng)相關的函數(shù)，4個用匯編語言編寫的與處理器相關的函數(shù)[5]。

上報初級電站的實時工作狀態(tài)，使上層存管理系統(tǒng)能夠獲取初級電站各單體的狀態(tài)信息和故障信息，實現(xiàn)對初級電站的綜合操控和狀態(tài)信息顯示。初級電站監(jiān)測信號有24路，其中16路I/O量為各功能箱體的開關量采集信號，8路模擬量為不同等級輸出電壓的采集信號。

4 結束語

該嵌入式系統(tǒng)已在某項目中得到應用，實現(xiàn)了對信號實時監(jiān)測、故障報警和總線通信等功能，應用效果顯著；隨著高炮對電站監(jiān)測系統(tǒng)要求的升級，本系統(tǒng)也會容易地滿足要求。

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