原標題：ARM和FPGA的光纖信號分析儀設計

ARM和FPGA的光纖信號分析儀設計是一個結合了先進硬件技術和國際標準的應用方案，主要用于電力系統(tǒng)的實時監(jiān)控和數(shù)據分析。以下是對該設計的詳細闡述：

一、系統(tǒng)構成及功能需求

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

1. 接口部分：

• 負責接收和發(fā)送數(shù)據，通常包括與外部設備的通信接口，如串口、以太網口等。

• 特別強調支持100M BaseFX傳輸協(xié)議的能力，用于處理數(shù)字化變電站中的報文數(shù)據。

2. A/D采集控制部分：

• 負責將接收到的模擬信號轉換為數(shù)字信號，并對其進行預處理。

• 考慮到變電站環(huán)境中的信號種類繁多，這一部分的設計尤其關鍵。

3. 顯示控制部分：

• 主要用于將處理后的數(shù)據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備的狀態(tài)。

此外，為了滿足系統(tǒng)設計的要求，該信號分析儀還應具備以下功能：

• 光電轉換模塊：能夠將來自不同光接口的光纖信號轉換為與光強成正比的電信號。支持IEC61850標準規(guī)定的9.1、9.2、GOOSE格式光信號的接入和轉發(fā)，同時還需要兼容IEC60044-7/8規(guī)定的FT3格式光信號的接入和轉發(fā)。

• 報文捕獲與解碼：能夠捕獲通過100M BaseFX傳輸?shù)母鞣N格式報文，并進行解碼處理。這是實現(xiàn)數(shù)據分析的基礎。

• 信息提取與實時存儲：從捕獲的報文中提取有用的信息，并進行實時存儲，以便后續(xù)分析使用。

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

二、基于ARM+FPGA的架構

該設計采用了ARM+FPGA的組合方式，兩者相輔相成，共同實現(xiàn)高效的數(shù)據處理能力。

1. ARM處理器：

• 負責系統(tǒng)的主控邏輯處理。

2. FPGA：

• 負責高速數(shù)據處理和接口邏輯。

三、關鍵技術和特點

1. 高速A/D轉換：

• 由于變電站環(huán)境中信號變化迅速，因此需要采用高速A/D轉換器來確保數(shù)據的準確性和完整性。

2. IEC61850標準的應用：

• IEC61850是針對電力系統(tǒng)通信的一個國際標準，它定義了變電站自動化系統(tǒng)中的數(shù)據模型、通信服務以及設備行為。

3. 數(shù)據處理與存儲：

• 通過對捕獲的報文進行解碼和信息提取，將有價值的數(shù)據進行實時存儲。

4. 在線監(jiān)測功能：

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

5. 良好的信息存儲及后臺分析能力：

• 能實時保存報文信息，保存的幀信息中包含全部的幀信息，包括報文頭、添加字節(jié)、CRC校驗碼等數(shù)字信息，以便進行后續(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)據顯示，并通過鍵盤操作完成部分等同于數(shù)字存儲示波器的功能，如波形平移、放大、縮小以及測試通道的切換等操作。

四、結論

基于ARM+FPGA的電力光纖信號分析儀的設計，不僅能夠滿足變電站自動化和數(shù)字化的需求，還能實現(xiàn)對設備狀態(tài)的實時監(jiān)控和數(shù)據分析。通過采用先進的硬件技術和遵循IEC61850等國際標準，該分析儀能夠適應復雜的變電站環(huán)境，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供有力的支持。

綜上所述，ARM和FPGA的光纖信號分析儀設計是一個集先進性、可靠性和實用性于一體的綜合解決方案，對于電力系統(tǒng)的實時監(jiān)控和數(shù)據分析具有重要意義。