原標(biāo)題：ARM和FPGA的光纖信號(hào)分析儀設(shè)計(jì)

ARM和FPGA的光纖信號(hào)分析儀設(shè)計(jì)是一個(gè)結(jié)合了先進(jìn)硬件技術(shù)和國際標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用方案，主要用于電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。以下是對該設(shè)計(jì)的詳細(xì)闡述：

一、系統(tǒng)構(gòu)成及功能需求

光纖信號(hào)分析儀主要包括三個(gè)核心部分：接口部分、A/D采集控制部分以及顯示控制部分。每一部分都承擔(dān)著不同的任務(wù)，并且具有良好的可移植性，以便于后續(xù)的升級(jí)和維護(hù)。

1. 接口部分：

• 負(fù)責(zé)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，通常包括與外部設(shè)備的通信接口，如串口、以太網(wǎng)口等。

• 特別強(qiáng)調(diào)支持100M BaseFX傳輸協(xié)議的能力，用于處理數(shù)字化變電站中的報(bào)文數(shù)據(jù)。

2. A/D采集控制部分：

• 負(fù)責(zé)將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并對其進(jìn)行預(yù)處理。

• 考慮到變電站環(huán)境中的信號(hào)種類繁多，這一部分的設(shè)計(jì)尤其關(guān)鍵。

3. 顯示控制部分：

• 主要用于將處理后的數(shù)據(jù)以圖形界面的形式呈現(xiàn)給用戶，便于操作人員直觀地了解設(shè)備的狀態(tài)。

此外，為了滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，該信號(hào)分析儀還應(yīng)具備以下功能：

• 光電轉(zhuǎn)換模塊：能夠?qū)碜圆煌饨涌诘墓饫w信號(hào)轉(zhuǎn)換為與光強(qiáng)成正比的電信號(hào)。支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的9.1、9.2、GOOSE格式光信號(hào)的接入和轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)還需要兼容IEC60044-7/8規(guī)定的FT3格式光信號(hào)的接入和轉(zhuǎn)發(fā)。

• 報(bào)文捕獲與解碼：能夠捕獲通過100M BaseFX傳輸?shù)母鞣N格式報(bào)文，并進(jìn)行解碼處理。這是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。

• 信息提取與實(shí)時(shí)存儲(chǔ)：從捕獲的報(bào)文中提取有用的信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，以便后續(xù)分析使用。

• 波形顯示：將處理后的數(shù)據(jù)以波形的形式展示出來，方便用戶直觀理解信號(hào)的變化情況。

二、基于ARM+FPGA的架構(gòu)

該設(shè)計(jì)采用了ARM+FPGA的組合方式，兩者相輔相成，共同實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)處理能力。

1. ARM處理器：

• 負(fù)責(zé)系統(tǒng)的主控邏輯處理。

2. FPGA：

• 負(fù)責(zé)高速數(shù)據(jù)處理和接口邏輯。

三、關(guān)鍵技術(shù)和特點(diǎn)

1. 高速A/D轉(zhuǎn)換：

• 由于變電站環(huán)境中信號(hào)變化迅速，因此需要采用高速A/D轉(zhuǎn)換器來確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。

2. IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用：

• IEC61850是針對電力系統(tǒng)通信的一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)，它定義了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)模型、通信服務(wù)以及設(shè)備行為。

3. 數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)：

• 通過對捕獲的報(bào)文進(jìn)行解碼和信息提取，將有價(jià)值的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。

4. 在線監(jiān)測功能：

• 儀器接入測量信號(hào)時(shí)不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作，具有在線監(jiān)測功能。

5. 良好的信息存儲(chǔ)及后臺(tái)分析能力：

• 能實(shí)時(shí)保存報(bào)文信息，保存的幀信息中包含全部的幀信息，包括報(bào)文頭、添加字節(jié)、CRC校驗(yàn)碼等數(shù)字信息，以便進(jìn)行后續(xù)分析。

6. 人性化的交互界面：

• 通過液晶顯示屏完成來自采集板的數(shù)據(jù)顯示，并通過鍵盤操作完成部分等同于數(shù)字存儲(chǔ)示波器的功能，如波形平移、放大、縮小以及測試通道的切換等操作。

四、結(jié)論

基于ARM+FPGA的電力光纖信號(hào)分析儀的設(shè)計(jì)，不僅能夠滿足變電站自動(dòng)化和數(shù)字化的需求，還能實(shí)現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。通過采用先進(jìn)的硬件技術(shù)和遵循IEC61850等國際標(biāo)準(zhǔn)，該分析儀能夠適應(yīng)復(fù)雜的變電站環(huán)境，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的支持。

綜上所述，ARM和FPGA的光纖信號(hào)分析儀設(shè)計(jì)是一個(gè)集先進(jìn)性、可靠性和實(shí)用性于一體的綜合解決方案，對于電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析具有重要意義。