必须保持同步共同协作来完成数据交换，这就必然影响各个处理器的工作效率。

而双端口互连方式却可以克服嵌入式接口方式的诸多缺点。

使用它最明显的好处就是速度。

由于存取时间快至，双端口存储器可以支持相当高的数据传输速度。

而且它还解决了处理器间必须协同工作的问题，可以完全解放处理器，让专注与信号处理而不是繁琐的事务性工作。

因此本文采用双端口互连的方式完成信号处理模块与通信调度模块的数据交换。

信号处理模块通过双端口存储器与通信调度模块相连。

采用公司的容量为的芯片，该芯片具有两组独立的地址线各位数据线各位片选线和读写使能线，它们分别与和相连。

另外它还有两个中断引脚，分别与和的外部中断线连接。

和方进行写操作时会在根中断引脚上产生中断，另方必须通过读这个单元才能清掉中断，实现数据的简单安全和有效传输。

采用实现两模块接口的硬件原理设计如图所示图电路设计原理图东北大学硕士学位论文第章电能质量检测记录装置算法设计与实现本章小结本章介绍了电力系统故障实时录波通信系统的硬件设计与实现。

以录波设备为主要介绍对象，将其分为信号调理模块信号处理模块通信调度模块三部分进行了详细阐述。

并且将信号处理模块和通信调度模块的数据交换电路作为单独的节进行了介绍。

东北大学硕士学位论文第章电能质量检测与记录装置算法仿真第章电力故障实时录波系统软件设计与实现本章介绍电力系统故障实时录波通信系统的软件设计。

在硬件的基础上，录波通信系统的功能要依靠软件来完成。

本文的软件设计部分以模块化设计为主，分为信号处理模块和通信调度模块两大部分，再把这两大模块细分为各个功能的实现。

为保证实时性软件采用语言和汇编语言编写。

本章的介绍将以数据的流向为顺序，介绍各个软件模块的设计。

软件设计中的总体数据流向介绍本系统软件设计中的数据流向，就要先明确讨论的是哪个数据。

本系统软件设计中包含从远程监控子系统下达的监控数据和从录波设备上传给远程监控子系统的电力波形数据。

信号处理模块模拟数据采集波形及电参量上传通信调度模块系统参数设定故障时间定标波形及电参量上传故障数据存储波形及电参量接收监控命令接收监控命令接收远程监控子系统命令数据命令数据数据数据录波判据算法图两条基本数据流向从图可以看出，条数据流向是从远程监控子系统经通信调度模块，发送至信号处理模块。

这是远程监控子系统向录波设备下达的监控数据，主要是系统参数定值信息及各种监控操作命令。

而另条流向是和前条相反的过程，这是录波设备上传到监控子系统的数据，主要是电力系统波形数据及各电参量值。

本章将先在和节中按照电力信号的数据流向为顺序，再在节中按照监控数据的流向为顺序来介绍各软件功能模块的设计。

东北大学硕士学位论文第章电能质量检测与记录装置算法仿真信号处理模块软件功能与设计信号处理模块软件功能信号处理模块的主要任务是数据采集数据备份各数字测量算法的计算和录波数据的处理。

因此电力信号的数据流向也是明确的。

可以参见第三章的图。

首先电力信号波形经过信号调理模块的调理后进入芯片，模数转换后电力信号波形就被采样为电力信号数据了。

电力信号数据被芯片从芯片读取进入芯片的内存，然后又被存入存储器当作数据备份。

如果将来需要发送录波数据的话，原始波形就从存储器读取。

做好数据备份后会立刻开始数字测量算法的计算，录波判据就以数字测量算法的结果为依据。

如果通过数字测量算法的计算发现电力系统发生了故障，则会立即向通信调度模块发出定时命令，以记录故障发生时刻。

然后会开始录波处理，组织数据发送给通信调度模块。

并且在录波处理过程中信号处理模块的数据采集数据备份和数字测量算法的计算并不停止。

的软件总体结构如图所示开始采样并模数转换从读取采样点保存入数字测量算法计算发生电力系统故障录波处理系统初始化结束运行结束图软件总体结构图东北大学硕士学位论文第章电能质量检测与记录装置算法仿真在系统初始化完成后，以中断查询的方式完成波形数据的采集处理备份算法计算和录波工作。

从上电复位开始首先需要请求下发系统参数配置信息。

完成参数配置后，启动定时器，通过定时器中断方式控制以初始采样率采集波形数据并将数据暂存至循环队列中，便于算法数据的提取和波形数据的上传。

经数字测量算法计算后发现故障发生，则进入到录波处理函数中。

数据采集信号处理模块的数据采集是通过的定时器来控制的。

定时器的工作频率为主时钟频率的半。

本设计中的主时钟频率为，因此的工作频率为，设定的寄存器为，这样就相当于设定了定时器的初始定时频率为。

每当定时器计时结束，就会产生中断。

在中断中启动的模数转换，并将转换后的采样数据读入的片内，为下步进行计算做准备。

在计算之前，还需要将片内中的采样数据备份到中，并跳出中断服务函数。

在每次数字测量计算结束后，要根据计算出的信号偏移频率来调整定时器的定时频率，以达到采样频率随信号频率变化而变化的效果。

这样保证变换的计算精度。

数据采集的程序流程图可参考图所示开始启动定时器数字测量算法计算中断服务函数中断调整定时频率开始启动转换将采样点数据备份在中读取采样点转换完毕结束结束运行结束数据采集整体流程中断服务函数流程图数据采集程序流程图东北大学硕士学位论文第章电能质量检测与记录装置算法仿真各算法处理流程与内存分配数据采集完成后就开始进行数字测量算法的计算了。

数字测量算法主要包括电压扰动测量波形畸变与谐波测量电压有效值测量三相不平衡度测量和频率偏差测量。

从第三章的介绍中不难看出这些算法之间是有定联系的。

电压有效值的测量三相不平衡度的测量和频率偏差的测量都需要信号变换的结果，而变换又是波形畸变与谐波测量的主要算法。

因此可以将这些算法的关系总结为图开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开图数字测量算法关系流程图由图可以看出，迭代变换是整套算法的核心，计算量也最大，后续算法需要它的结果作为计算数据。

因此，实现迭代变换是数字测量算法实现的主要任务。

在数据采集完成后，取整周期的电力波形数据作为个数据窗，先进行快速变换。

因为采样率为，也就是每周期采样点，可以被整除，因此在个采样点中每点取个采样点作为的数据窗，做点运算，这样可保证计算的实时性，并可以计算得到高达次谐波分量。

做完运算后，可以得到电力信号的各次谐波分量。

然后移动数据窗，去掉数据窗中最早的个采样点，添加进最新的个采样点，这样就相当于数据窗移动了个采样点。

结合计算出的各次谐波分量，做迭代变换。

就可求出新个数据窗的各次谐波分量。

每次迭代东北大学硕士学位论文第章电能质量检测与记录装置算法仿真变换计算完成后，就移动次数据窗，这样就可以逐点计算出电力信号的各次谐波分量了，为后续计算提供了数据。

波形畸变与谐波测量与迭代变换紧密相关，可以直接利用迭代变换的结果通过公式求出谐波含有率和总谐波畸变率。

迭代变换和波形畸变与谐波测量的流程如图所示。

为了保证运行速度和优化程度，程序使用汇编程序编写，并根据公司提供的芯片基实数汇编程序修改而成。

开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开图迭代变换和波形畸变与谐波测量的流程图在得到电力信号各次谐波分量后，就可以知道各次谐波幅值，有了谐波幅值，电压有效值的计算就非常简单了，这里就不详述了。

频率偏差的计算根据第三章节中的介绍进行。

频率的计算需要电力信号的基波分量的实部虚部，通过比较前后两周期的基波分量的幅角变化来求频率变化。

具体过程是，首先经迭代变换求出基波分量的实部虚部，这样就可以知道基波分量的幅角。

根据前周期对应采样点的基波幅角，可以预估算出频率偏差。

用预估算出的频率偏差求的修正值。

利用这个修正值重新计算频率偏差。

这次计算的频率偏差可认为是实际频率偏差。

用先前计算所得的频率值加上实际的频率偏差，就得到了当前采样点的实际频率值。

在初始计算时，假设系统实际频率为，后续计算以前点计算结果东北大学硕士学位论文第章电能质量检测与记录装置算法仿真作为及系统实际频率来计算当前点频率。

因为数据采集是根据信号频率变化而调整采样速率的，所以在系统刚刚上电的几个周期内计算所得频率很难迅速跟上实际频率，而是以实际频率为中心，上下变动，逐渐逼近实际频率值。

因此，为了保证计算结果准确，防止录波设备误动，频率计算需要个稳定时间。

本设计中规定，在频率计算经过秒后，即个电力信号周期后，频率计算值才被接受，这时如果频率偏差越限才被判定为发生故障。

频率偏差测量流程如图所示开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开开图频率偏差测量流程图在频率偏差测量完成之后，还要进行三相不平衡度的测量。

既然是计算三相电量参数就涉及到了三相电量的采集。

信号处理模块在数据采集部分采集回来的路模拟量包括三相电压和三相电流以及电压和电流的零序分量。

以电压三相不平衡度测量为例，通过对波形畸变与谐波的测量，可以求得三路电压模拟量的基波分量，也就是公式中的向量。

再根据公式计算出正负零序分量，最后将正序负序分量代入式即可计算出三相不平衡度。

其中程序在进行复数运算时把实部虚部分开进行计算。

至此，电力系统实时录波通信系统的主要测量算法流程就介绍到这。

在这些算法的实际应用中，存储空间分配需要认真加以考虑。

众所周知，的内部存储空间十分有东北大学硕士学位论文第章电能质量检测与记录装置算法仿真限，要存储在进行电力系统监测时产生的大量数据，就必须在软件设