地铁牵引变断路器在线监测系统的设计与开发

论文摘要

在我国地铁是城市公共交通的重点发展方向。地铁牵引变断路器是地铁牵引供电系统的重要设备,地铁牵引变断路器的机械和电气动作频繁,易于发生故障。而地铁运营部门每年都要投入大量的人力物力对高低压断路器进行定期检修,这样既增加了运营成本,也对断路器本身造成人为因素损坏,对断路器正常运行造成隐患。针对这些问题,本文设计了地铁牵引变断路器在线监测系统,实时快速地反映高低断路器运行状况,从而提高地铁供电系统的安全可靠性,为实现状态检修提供科学的依据和专家决策建议。在分析了地铁牵引变交直流断路器的工作原理及检修规程前提下,本文给出了在线监测中所需要提取的重要特征参数,如振动、线圈电流、储能电机电流等。在系统设计方面,本文以utu2440-F-Core核心板为硬件载体,对监测系统的设计进行研究和应用；以Linux2.6.24内核为软件平台进行移植开发；利用MAX125采样芯片外扩AD功能进行数据采集,再通过RS-485来传输采集到的数据。本监测系统具有可扩展口丰富,可实现功能强大,便于管理,多任务实时特点。本文完成了监测单元的硬件设计、Linux操作系统平台设计以及数据采集功能的实现。硬件设计主要包括：数据采集电路的设计、LCD液晶显示器设计和RS-485通信接口设计；Linux操作系统平台设计包括：开发环境的构建,ADC、RS-485、LCD、USB接口的驱动程序和应用程序编写。本论文还完成了数据采集系统的多路采集测试和简单的通信接口测试,另外,设计的LCD液晶显示器也为嵌入式图形用户界面进一步开发做好前期工作。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 国内外断路器在线监测技术的发展概况
• 1.3 论文的提出
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 2 断路器的介绍
• 2.1 断路器的分类及其基本参数
• 2.1.1 断路器的分类
• 2.1.2 断路器的基本参数
• 2.2 地铁牵引变断路器的介绍及其分合闸操作过程
• 2.2.1 交流10kV断路器介绍及其分合闸操作过程
• 2.2.2 直流750V断路器介绍及其分合闸操作过程
• 2.3 本章小结
• 3 地铁牵引变断路器在线监测系统
• 3.1 基于ARM+Linux方案的断路器在线监测系统
• 3.2 断路器在线监测系统的主要监测功能
• 3.2.1 断路器机械特性的在线监测
• 3.2.2 主回路相电流的在线监测
• 3.2.3 储能电机电流、电压在线监测
• 3.3 嵌入式Linux操作系统介绍
• 3.3.1 嵌入式Linux定义与特点
• 3.3.2 嵌入式Linux的架构
• 3.4 嵌入式Linux开发环境的构建
• 3.4.1 交叉开发环境的介绍
• 3.4.2 交叉编译环境的建立
• 3.4.3 内核环境的建立
• 3.4.4 应用程序集成开发环境
• 3.5 ARM板上安装Linux系统
• 3.5.1 下载安装utu-bootloader文件u-boot.bin
• 3.5.2 网络更新内核文件uImage
• 3.5.3 网络更新yaffs文件系统映像
• 3.6 本章小结
• 4 地铁牵引变断路器在线监测装置的设计
• 4.1 监测系统的整体结构
• 4.2 核心板设计电路
• 4.2.1 ARM处理器S3C2440A的介绍
• 4.2.2 SDRAM电路设计及原理
• 4.2.3 NAND Flash电路设计及原理
• 4.3 核心板和外围电路的接口
• 4.4 电源电路
• 4.5 模拟信号的测量及前端调理电路
• 4.5.1 模拟信号的测量
• 4.5.2 前端调理电路
• 4.6 多路开关
• 4.7 AD转换电路
• 4.7.1 AD转换芯片MAX125的介绍
• 4.7.2 MAX125工作过程
• 4.7.3 MAX125与S3C2440A的接口电路设计
• 4.8 LCD及触摸屏接口电路
• 4.9 USB接口电路
• 4.10 数据通信传输电路
• 4.10.1 RS-485通信电路
• 4.10.2 通信协议
• 4.11 串口电路
• 4.12 以太网接口电路
• 4.13 JTAG调试接口电路
• 4.14 本章小结
• 5 嵌入式Linux驱动程序的设计
• 5.1 Linux驱动程序开发概述
• 5.1.1 应用程序、库、内核、驱动程序的关系
• 5.1.2 Linux驱动程序的分类
• 5.1.3 Linux中断
• 5.1.4 驱动程序重要的数据结构体
• 5.1.5 驱动程序的加载和卸载
• 5.2 Makefile的概况
• 5.2.1 Makefile的介绍
• 5.2.2 用于编译AD驱动程序的Makefile文件
• 5.3 AD转换驱动程序的移植
• 5.3.1 AD转换的原理及程序流程图
• 5.3.2 AD转换驱动程序设计
• 5.3.3 AD转换驱动程序的移植
• 5.4 RS-485通信驱动程序的设计
• 5.4.1 修改代码
• 5.4.2 配置内核
• 5.5 LCD驱动程序的移植
• 5.5.1 修改代码
• 5.5.2 配置内核
• 5.6 USB驱动程序的移植
• 5.6.1 修改源码
• 5.6.2 配置内核
• 5.6.3 挂载U盘
• 5.7 本章小结
• 6 测试过程及分析
• 6.1 断路器在线监测电路板实物图
• 6.2 Linux应用程序介绍
• 6.3 数据采集测试及分析
• 6.3.1 数据采集应用程序的设计
• 6.3.2 数据采集精度测试及分析
• 6.3.3 数据采集采样率测试及分析
• 6.3.4 数据采集效果
• 6.4 485通信测试及分析
• 6.5 本章小结
• 7 结论
• 参考文献
• 作者简介
• 学位论文数据集