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ARM和FPGA的红外成像系统及测温算法实现

近年来，随着党和国家对科技创新的支持力度不断加大，电力系统科技改革程度不断深化，智能坚强电网成为电网改革的目标。由于国民经济高速增长，人们对物质、精神文化生活追求不断提高，对电力的依赖程度越来越大高，导致社会用电总量急剧增加，电力设备经常以超负荷状态进行工作。通过对当前变电站事故的分析发现，电力设备温度过高是导致事故的主要原因，解决实时获取电力设备关键点温度是构建智能电网的关键，本文对该问题展开论述，提出一种实时反映电力设备温度状态的测温方案。

本文设计目的是获取监控变电站内电力设备的运行状况，主要方式是通过红外探测器获取设备关键节点温度信息，工作环境为变电站设备周围。

首先对课题的研究背景和当前智能电网技术的发展现状进行阐述，分析电力监控的必要性和重要性。通过对现有测温方案分析对比，选取适合本项目的基于红外成像技术的测温方案。根据系统需求分析，提出基于ARM+FPGA的红外成像终端系统组建方案。

然后对红外成像监控系统框架进行介绍，重点对系统监控终端的整体设计进行详细介绍。根据系统需求对硬件的芯片进行选型、软件系统、数据传输格式选型等进行介绍。监控终端硬件部分主要由FPGA模块、ARM模块、ARM与FPGA接口模块和外围辅助模块构成；监控终端软件系统设计包括驱动程序和应用程序设计，软件系统主要完成红外图像采集、处理、上传等功能，最终实现电力设备节点的测温功能。

最后通过实验平台对硬件系统进行电源模块、时钟模块和基本功能模块测试，在搭建好的软件测试平台上进行系统软件各部分功能测试。实验结果表明：本文组建的基于ARM和FPGA的红外监控系统运行稳定，并且基本实现对电力设备节点的测温功能，但测温精度还有待提高。

关键字：电力设备监控、红外技术、ARM、FPGA

第一章绪论

1.1课题研究背景

科技迅猛发展的今天，许多行业都面临着科技改革，进一步解放和发展生产力、创造力是党和国家的重要部署之一。党的十八届三中全会对全面深化改革作出重大部署，这也影响着国家能源部门和电力行业的改革创新。电力行业深入贯彻党的三中全会精神，把握时代特性以改革创新作为主要航标，推动我国能源安全发展、清洁发展、环保发展、友好发展。电力部门在新一轮科技创新改革中把握电力行业关键点，只有在改革大浪潮中把握机遇、抢占先机，才能赢得最终的胜利，才能推动能源电力工业健康可持续科学发展，为全面建成小康社会，实现民族的伟大复兴REF_Ref384384189\r\h[1]。

随着电力事业的快速发展，党和国家对电力民生工程的重视，电力系统智能化水平不断提高。随着家用电器的增多，高耗能企业的增加，社会整体用电急剧上升，人们对电的重视不断提升，对电的依赖也越来越大，这也给电力部门带来极大挑战，只有不断提高电网规模等级、智能化水平才能适应社会需求。《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》和《国民经济和社会发展“十二五”规划纲要》中为智能电网的发展做出重要规划和部署REF_Ref384384189\r\h[1]。电力部门将从建设特高压传输线路、提高能源转化效率、开发新型能源等手段降低损耗，提高能源利用率。变电站在传输过程中起到中转作用，其重要性显而易见，必须提高传输线路的安全可靠。并且社会用电的增加导致变电站超负荷运行，这将对变电站内各种电气设备构成极大威胁，稍有不慎就会因为电力设备的温度上升引发火灾，容易造成人员伤亡、财产损失和环境污染，导致供电地区的大面积停电，引起一系列重、特大事故的发生。而且变电站内电力设备被偷盗的现象时常发生，不仅造成国家财产损失，也对电力设备的安全运行构成威胁，所以电力部门对变电站的监控问题变得越来越重要。急需一种性价比高、能实时监控防范事故发生的管理系统，协助变电站管理人员使电力事故降低到最小。

1.2课题研究现状

我国对电力监控技术的研究和应用起步较晚，但伴随人们日常生活对电力依赖越来越大，电力设备的安全运行受到党中央和电力部门的高度重视，电网改造工作得到迅速发展。据不完全统计，从事电力监控设备生产和研发的单位己有100余家，国家知识产权总局受理的关于自动抄表系统的专利己有近200项。

我国电力监控技术起源于20世纪50年代，那时主要采用模拟监控方式，对设备的监测和控制是相互独立分开的，监测系统中电子元器件主要采用电子管、继电器、步进式选线器等构成，工作速度低，容积率小，维护成本高，可靠性差。20世纪60年代，采用无触点式的数字综合运动监控装置，器件以半导体元器件为主，采用数字式技术将遥测、遥信、遥控、遥调综合于一体，工作性能相比以前得到很大提高，但装置由布线逻辑方式构成，电路难修改，功能和容量受到极大限制。70年代，在之前