摘要随着对配电网自动化的要求的提高，作为其重要设备的FTU的性能也应提高。
针对当今市面上的终端设备的不足，本文尝试给出一种功能强大、性价比高、可推广性强的FTU装置。
本设计采用当前流行的嵌入式技术和数字信号处理技术来完成核心处理器，采用以ARM9与TMS320LF2407A有机结合的双CPU构架，这种设计稳定、高效、节能，优于以往FTU的核心处理器的设计。
本设计采用当前非常先进以太网通信方式，较以往FTU的通信方式网络化更强，信息传输能力更为强大。
本设计除了在核心处理器和通信方式上有明显优势外，在其他部分亦有改进。
希望这种装置在相当长的时间内都保持优越性。
本文讲述了笔者对馈线自动化的理解，介绍了设计过程，给出了FTU的硬件结构设计和软件设计。
关键词：双CPU，嵌入式，AT91RM9200，TMS320LF2407A，以太网AbstrastAs requirements of the distribution network automation increasing, the major equipment , FTU performance, should also be improved. To the old terminal equipments’deficiencies, this paper tries to give a powerful, cost-effective, strong promotion of FTU device. This kind of FTU uses ARM9 and TMS320LF2407A organic combination of double CPU structure. It is high efficiency, energy saving, stability, better than the previous FTU core processor design. The current design using highly advanced Ethernet communication mode, compared to the previous FTU communication mode of network information transmission ability stronger, more powerful. This design in addition to the core processor and communication mode has obvious advantages,in the other part are improved.Hoping this FTU will be advanced for a long time in the future. This paper mainly introduces the FTU hardware structure and the main algorithm, and gives the hardware circuit.Key words:Double CPU,embedded,AT91RM9200,TMS320LF2407A,Ethernet目录1 绪论 (1)1.1 本课题的研究目的和意义 (1)1.2 本课题的主要研究内容（提纲） (2)1.3 文献综述（国内外研究情况及其发展） (3)1.4 拟解决的关键问题 (4)1.5 研究思路和方法 (5)1.6 本课题的进度安排 (5)2 系统设计及原理 (6)2.1 双CPU构架 (6)2.2 系统结构设计 (6)3 硬件设计 (8)3.1 处理器的设计 (8)3.2 模拟量输入电路的设计 (13)3.3 开关量输入/输出回路的设计 (16)3.4 频率测量电路的设计 (17)3.5 通信单元设计 (18)3.6 电源设计 (21)4 算法设计 (23)4.1 电网参数的计算 (23)4.2 故障判断算法 (24)4.3 FIR滤波算法 (27)5 软件设计 (30)5.1 主程序 (30)5.2 通信中断程序 (32)6 总结与展望 (34)6.1 总结 (34)6.2 展望 (35)参考文献 (36)致谢 (39)附录 (40)附录1 (40)附录2 (63)1 绪论1.1 本课题的研究目的和意义长期以来，我国配电网的建设未得到应有的重视，建设资金短缺，设备技术性能落后，事故频繁发生，严重影响了人民生活和经济建设的发展，随着电力的发展和电力市场的建立，配电网的薄弱环节显得越来越突出，形成了与电网建设不协调的局面。
配电网自动化的发展是电力市场和经济建设的必然结果，而随着配电自动化的快速发展，用户对供电质量和供电可靠性的要求越来越高。
馈线自动化是配电自动化的重要内容之一，它对于增强供电可靠性、提高电能质量、节能减损来讲至关重要。
馈线自动化远方终端是馈线自动化的基础控制单元，对实现馈线自动化乃至配电自动化起着十分重要的作用。
我国电网建设、发展落后于国外，而众所周知，电力行业与国民经济息息相关，电力电网建设的落后会使得其他行业的发展滞后。
因此，加快电网建设、实现配电网自动化刻不容缓。
本课题将研究如何将当前最新技术用到配电网自动化中，设计一个馈线远方终端[1][2]。
1.2 本课题的主要研究内容（提纲）1.2.1 技术背景（1）我国目前配电网自动化的现状及发展方向；（2）馈线远方终端的基本结构与要求；（3）FTU在我国的发展状况以及存在的缺陷；（4）国外技术发展情况。
1.2.1 预期功能（1）遥测功能系统应具有对各配电回路的电流、电压、功率、电度和功率因数等电量进行遥测的功能，并将以上实时数据进行实时显示，另外将以上数据通过远动传输通道传送倒上位机，经上位机计算分析处理和显示，以实现对各种电量正常值和越限值的远方测量。
（2）遥信功能系统应能对柱上开关的当前位置、通信是否正常、储能完成情况等重要状态量进行采集，并通过网络向上位机及时汇报，以实现对柱上开关跳合闸位置信号、各种保护动作信号以及事故报警信号的远方提示作用。
（3）遥控功能FTU应能接受远方命令，控制柱上开关合闸和跳闸以及起动储能过程。
（4）统计功能FTU应能对开关的动作次数和动作时间及累计切断电流的水平进行监视。
（5）系统对时功能FTU应能接受主系统的对时命令，以便和系统时钟保持一。
1.2.3 终端装置的设计（1）硬件电路设计；（2）软件设计。
1.3 文献综述（国内外研究情况及其发展）1.3.1 国外配电自动化发展情况从20世纪30年代英国开发出用时间开关控制用户负荷的装置开始算起，配电自动化大致而言经历了三个发展阶段。
第一阶段在20世纪50年代应用了自动隔离故障区间的时限顺序送电装置，主要目标是加快查找故障地点和在重要线段进行故障自动隔离，这一时期可称为局部自动化阶段。
第二阶段开始于20世纪70年代，各种开关的远程监控装置和电量自动测量装置投入应用，特别是随着计算机及通信技术的发展，形成了包括远程监控、故障隔离、负荷管理等功能在内的配电自动化技术。
1988年IEEE出版的刊物中，比较正式地提出了配电自动化的概念，标志着开始形成真正具有现代化意义的配电自动化，这一时期可称为监控自动化阶段。
第三阶段开始于20世纪末期，开始研发地理信息系统并应用于配电自动化，建立了自动绘图、设备管理、地理信息系统(AM/FM/GIS)，实施离线的配电管理系统与在线的实时系统的数据集成，进入了运行监控结合设备及需求侧管理的综合性自动化发展阶段[3]。
配电自动化是在不断的发展中逐步完善的。
1.3.2 国内配电自动化发展情况国内配电自动化起步于90年代，滞后国外约20年。
近年来我国许多地区已经在不同层次、不同规模上进行了配电网自动化的试点工作，也取得了相当的成绩。
但由于几乎所有的配电网自动化试点都是开环运行模式，故障恢复时间都在30秒以上甚至到分钟级，所以不能满足对供电可靠性要求更高的用户，只能采取双回甚至多回供电、自备发电、大容量UPS等高成本方式来弥补。
因此，闭环运行方式的配网自动化系统具有提高配电网运行的可靠性的重要意义。
电力系统自动化是个综合的整体范畴，早期自动化的发展是孤立的，互不联系、互不影响的，这一阶段又被形象的成为岛自动化。
随着信息技术的迅猛发展，各自动化孤岛的互联成为电力系统自动化的热点和流行趋势。
软件工程的新思想新成果也为统一的、综合的大型自动化系统的实现奠定了基础。
当前我国电网自动化的热点领域有两个：变电站综合自动化，配电自动化。
前者已经在国内广泛应用并取得令人鼓舞的经济、社会效益。
后者已经为国家的重点基础投入之一[4][5]。
1.3.3 馈线远方终端发展趋势馈线自动化是配电网自动化系统的核心功能之一，而馈线远方终端则是实现FA 的关键终端设备。
目前，应用较多、影响较大的FTU 设备是在20 世纪90 年代初期推出的Distribution Automation RTU( DART)。
该产品采用了当时先进的8 bit单片机(MC68HC11)和16 bit DSP(ADSP2105) 的双处理器架构，以技术先进、可靠性高而闻名。
虽然，DART 采用的硬件平台结构先进，但由于受限于当时的集成电路工艺水平，采用的芯片已逐渐退出市场，且程序空间小、功能扩展有限。
以高性能处理器代替传统单片机是一种趋势[6][7][8][9][10][11][12]。
1.4 拟解决的关键问题1、主处理器的选择；2、模拟量输入电路的设计；3、开关量输入、输出回路的设计；4、通信单元的设计；5、算法的选择。
1.5 研究思路和方法1、根据FTU的预期功能，查阅相关资料，设计出总体方案。
2、首先明确各部分功能的实现原理，然后进行元器件的选择与论证。
采用当今新型的元器件，确定具体型号，最后组合成一完整的硬件系统。
3、根据设计出的硬件电路，以及要实现各装置的功能，并查阅相关的资料，确定合适的软件算法，给出软件流程图。
1.6 本课题的进度安排1-2周：熟悉设计题目，确定设计方案；3-4周：查阅相关资料，撰写开题报告；5-6周：毕业实习；7-10周：硬件电路设计；11-13周：软件设计；14-15周：编写毕业设计技术文件：说明书和图纸；16周：准备毕业答辩。
2 系统设计及原理2.1 双CPU构架处理器是FTU装置的核心部件，核心处理器的设计从根本上影响FTU的性能。
最初以单片机作为FTU装置的处理器，虽然单片机价格便宜，但是其内存小，信息处理能力弱，稳定性不高，渐渐落后，不能满足但仅对配电装置的要求。
近年来数字信号处理技术的飞速发展，DSP在各个领域的应用日益广泛，市场上出现了不少以DSP芯片为处理器的FTU。