一、背景說明

近年來，“工業互聯網”技術在能源電力行業得到了長足發展。隨著能源互聯網信息一體化、電力市場售電改革、新能源微電網與儲能、智能配電終端、能源四表集抄網絡、電力智能巡檢等概念與政策的陸續推出，能源電力行業在基于“工業互聯網”的核心指導方向下，對嵌入式解決方案在上述背景下的創新應用與升級換代的需求日益旺盛。

作為國內知名的嵌入式產品平臺提供商，Tronlong憑借在嵌入式方案領域多年的深耕經驗，以及對能源電力行業的創新理解，全新推出系列化的行業解決方案，涵蓋TI OMAP-L138、AM335x、AM5708、AM5728、TMS320F2837x，Xilinx ZYNQ等平臺，覆蓋了電能采集、振動故障診斷、通信管理控制、電力電子、配電終端測控、電力智能巡檢等專業技術領域。

二、方案介紹

1方案名稱

基于ZYNQ的分布式能源及微電網通信與控制單元

2方案特點

(1)采用Xilinx Zynq-7000 SoC高性能低功耗處理器，集成PS端單核/雙核ARM Cortex-A9 + PL端Artix-7架構可編程邏輯資源；

(2)通過配置CPU/RAM/FLASH組合，實現成本可優化／高性價比的多任務處理能力、數據本地存儲、現場組網與高速通信能力；

(3)外部可擴展LCD顯示與觸摸屏控制，分辨率支持2048*2048，支持1080P高清視頻播放與HDMI視頻輸出，滿足多種屏幕與人機交互的功能需求；

(4)支持操作系統運行（Linux/RT-Linux），支持多種通信協議轉換(IEC61850、DL/T645、DL/T667-1999(IEC60870-5-103))、線路潮流與控制邏輯運算、應用軟件遠程升級等功能算法；

(5)可通過PL端Artix-7架構可編程邏輯資源按需擴展外部通信接口，只要資源滿足，理論上無數量限制。典型應用：CAN(4路)、千兆以太網(2路)、百兆以太網(4路)、UART(12路)、SPI(5路)。

3技術參數

圖 1

4方案框圖

圖 2

5應用領域

可廣泛用于分布式能源與負荷調控、微電網中央控制、電力通信網關、數據集中器等要求，同時接入/接出多路不同通信總線、或多種通信協議集中處理轉換的應用場合。

圖 3

6AD7606經典開發案例

AD7606是最最最為經典的電力數據采集IC，在大部分電力場合應用廣泛。創龍科技ZYNQ評估板TLZ7x-EasyEVM-S提供基于AD7606的AD采集與處理開發案例。下面講解的開發案例說明基于ad7606_fft例程。

6.1功能說明

PL端采集AD7606的8通道AD信號，采樣率為200KSPS，并通過DMA IP核將數據緩存到PS端DDR中（每通道各采樣4096個點），再通過FFT IP核將數據進行FFT運算，然后將FFT運算結果保存到PS端DDR中，最后通過ILA顯示第一個通道的原始波形和FFT運算結果波形。

備注：由于本案例消耗邏輯資源較多，因此本案例不支持xc7z010，僅支持xc7z020。

6.2案例框圖

圖4

備注：x1表示1個通道的數據，x8表示8個通道。

6.3硬件平臺簡介

6.3.1TLZ7x-EasyEVM-S評估板

圖 5

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6.3.2AD7606模塊

案例使用Tronlong的TL7606P AD模塊。

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圖 6

圖 7

模塊功能說明：

該模塊控制AD7606對8通道AD信號按200K采樣率進行采集，并將數據通過AXI4-Stream接口進行發送。

6.4案例測試

將TLP2P-PinBoard轉接板接到評估板CON8接口，再將AD模塊TL7606P與轉接板連接。

圖 8

進入評估板文件系統，執行如下命令配置PS-PL電平轉換寄存器。

Target# devmem 0xf8000900 w 0xf

圖 9

使用下載器加載PL端程序以及和PL端程序同目錄下的.ltx文件。

圖 10

在ila_1的Trigger Setup窗口點擊按鈕，雙擊axi_dma_0_m_axis_mm2s_tvalid將其添加為觸發信號。

圖 11

將Value的值改成R，設置為上升沿觸發。

圖 12

右擊Channel_1_data[15:0]，點擊“Waveform Style -> Analog”將通道1的原始信號設置為模擬波形。

圖 13

右擊Channel_1_data[15:0]，點擊“Radix -> Signed Decimal”設置數據為有符號類型。

圖 14

參考上面的步驟，在ila_2將axi_dma_1_m_axis_mm2s_tvalid添加為觸發信號，設置為上升沿觸發，將FFT IP核輸出數據的實部和虛部信號分別設置為模擬波形，并設數據為有符號類型。

圖 15

圖 16

使用信號發生源向TL7606P模塊的8個通道分別輸入信號，本案例測試的輸入信號是頻率為2KHz、峰峰值為3.3Vpp的正弦波。

將案例“sw\linux_system\image\”目錄下所有腳本文件拷貝至評估板文件系統。執行如下命令使能axi_dma_0的S2MM通道，將數據采集到PS端DDR中。

Target# ./axi_dma_0_ad7606_to_ddr.sh

執行如下命令使能axi_dma_1的S2MM通道（FFT轉換后數據保存到PS端DDR），等待FFT IP核工作。

Target# ./axi_dma_1_fft_to_ddr.sh

執行如下命令使能axi_dma_0的MM2S通道，把原始數據從DDR送到FFT IP核。

Target# ./axi_dma_0_ddr_to_fft.sh

執行如下命令使能axi_dma_1的MM2S通道，把FFT轉換后的數據從DDR送到ILA顯示。

Target# ./axi_dma_1_ddr_to_ila.sh

圖 17

axi_dma_0_ad7606_to_ddr.sh

配置axi_dma_0的S2MM通道，將數據傳輸到DDR。

圖 18

配置好DMA后，配置axi gpio輸出1，設置adc_enable為1，使能ADC轉換。需確保DMA已配置好，再使能ADC轉換并進行數據傳輸。

圖 19

axi_dma_0_ddr_to_fft.sh

配置axi_dma_0的MM2S通道，將DDR中的數據通過AXI4-Stream發送給FFT IP核。

圖 20

ila_1原始波形

輸入信號是頻率為2KHz、峰峰值為3.3Vpp（電壓幅值為1.65V）的正弦波。一共4096個采樣點，每個采樣點4個時鐘周期，即4096=16384/4。

圖 21

圖 22

波峰值為+10729，波谷值為-10794，峰峰值=(10729 + 10794)/(2^16)x10V≈3.2841V，采樣范圍為±5V。

圖 23波峰值

圖 24波谷值

Ila_2FFT波形

Channel_1_fft_IM_Dout為虛部，Channel_1_fft_RE_Dout為實部。

圖 25

頻率計算

FFT變換點數N=4096，AD采樣率Fs為200KSPS。某點n所表示的頻率Fn=(n-1)*(Fs/N)(n>=1)。當n=1時，Fn為0，由于第一點表示的是直流分量，因此頻率為0，幅值也為0，該正弦波無直流分量。

從下圖可知，在第164個周期（即第42個采樣點）處出現信號，則信號頻率Fn=(42-1)*(Fs/N)=41*200KHz/4096=2001.95Hz，與原始信號頻率2KHz基本一致。

圖 26

幅值（波峰值）計算

某個點的幅值An=(根號(實部^2 + 虛部^2))*壓縮倍數/(N/2)，則信號幅值An=(根號(4448^2 + 3008^2))x4096/4096x2≈10739.23，信號電壓幅值=10739.23/(2^16/2)x5V≈1.64V，與原始信號電壓幅值1.65V基本一致。

查看原始數據

每個采樣點32bit（包括實部和虛部），每個通道的數據的地址依次遞增，從地址0x19000000開始。

Target# devmem 0x19000000 //查看V1通道原始數據

Target# devmem 0x19000004 //查看V2通道原始數據

Target# devmem 0x19000008 //查看V3通道原始數據

Target# devmem 0x1900000c //查看V4通道原始數據

Target# devmem 0x19000010 //查看V5通道原始數據

Target# devmem 0x19000014 //查看V6通道原始數據

Target# devmem 0x19000018 //查看V7通道原始數據

Target# devmem 0x1900001c //查看V8通道原始數據

圖 27查看V1通道原始數據

查看FFT數據

每個采樣點32bit（包括實部和虛部），每個通道的數據的地址依次遞增，從地址0x19100000開始。

Target# devmem 0x19100000 //查看V1通道FFT數據

Target# devmem 0x19100004 //查看V2通道FFT數據

Target# devmem 0x19100008 //查看V3通道FFT數據

Target# devmem 0x1910000c //查看V4通道FFT數據

Target# devmem 0x19100010 //查看V5通道FFT數據

Target# devmem 0x19100014 //查看V6通道FFT數據

Target# devmem 0x19100018 //查看V7通道FFT數據

Target# devmem 0x1910001c //查看V8通道FFT數據

圖 28查看V1通道FFT數據

三、更多方案

圖 29