📘 FTU核心算法
& 嵌入式实现

🎓 风格 · 30章完整目录
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01FTU概述
  • FTU的定义与功能
  • FTU在配电网自动化中的作用
  • FTU的基本组成与工作原理
02嵌入式系统基础
  • 嵌入式处理器选型 (ARM Cortex-M/R/A)
  • 嵌入式操作系统 (FreeRTOS/uCOS-II)
  • 硬件抽象层设计
03数据采集与AD转换
  • 模拟量采集 (电压/电流互感器)
  • AD转换原理 (逐次逼近型/Σ-Δ型)
  • 采样率与分辨率选择
04数字量输入输出
  • DI/DO接口设计
  • 光电隔离原理
  • 去抖动算法
  • 状态量采集与输出控制
05交流采样算法
  • 均方根 (RMS) 算法
  • 傅里叶变换 (FFT) 算法
  • 谐波分析
  • 频率跟踪与锁相环
06功率计算与电能计量
  • 有功功率/无功功率计算
  • 视在功率与功率因数
  • 电能累计算法
  • 四象限电能计量
07故障检测算法
  • 过流/过压/欠压检测
  • 零序电流检测
  • 接地故障判断
  • 故障录波触发逻辑
08保护控制逻辑
  • 三段式电流保护 (速断/限时速断/过流)
  • 反时限保护特性
  • 重合闸逻辑
  • 方向性保护
09通信协议栈 (IEC 60870-5-101/104)
  • 协议帧结构
  • 链路层与应用层
  • ASDU解析
  • 遥测/遥信/遥控报文
10通信协议栈 (DNP3)
  • DNP3协议分层模型
  • 事件机制
  • 时间同步
  • 安全认证
11通信协议栈 (Modbus)
  • RTU/ASCII/TCP模式
  • 功能码详解
  • CRC校验
  • 从站/主站实现
12实时操作系统 (FreeRTOS) 应用
  • 任务创建与调度
  • 信号量与互斥锁
  • 消息队列
  • 软件定时器
13任务划分与优先级设计
  • FTU功能模块分解
  • 任务优先级分配策略
  • 死锁与优先级反转解决
14硬件驱动开发
  • GPIO驱动
  • SPI/I2C驱动
  • UART驱动
  • 定时器驱动
  • DMA驱动
15存储管理
  • Flash驱动与磨损均衡
  • EEPROM数据存储
  • 参数配置管理
  • 日志记录与掉电保护
16时钟同步与时间管理
  • RTC驱动
  • SNTP协议
  • IEEE 1588 (PTP) 精确时间同步
  • SOE事件顺序记录
17人机交互接口
  • LCD显示驱动
  • 按键扫描与矩阵键盘
  • LED指示灯控制
  • 本地参数设置
18看门狗与系统可靠性
  • 硬件看门狗与软件看门狗
  • 系统异常处理
  • 任务监控与自恢复机制
19低功耗设计
  • 睡眠模式与唤醒源
  • 动态电压频率调整 (DVFS)
  • 外设电源管理
  • 功耗测量与优化
20电磁兼容性 (EMC) 设计
  • PCB布局布线要点
  • 滤波与去耦
  • 屏蔽与接地
  • ESD防护
21固件升级与远程维护
  • Bootloader设计
  • 固件加密与校验
  • 远程升级协议 (FTP/HTTP)
  • 回滚机制
22数据加密与安全
  • AES加密算法
  • TLS/SSL通信加密
  • 数字签名与认证
  • 安全启动链
23故障录波与数据分析
  • 录波触发条件
  • 录波数据格式 (COMTRADE)
  • 波形回放与分析工具
24IEC 61850协议基础
  • GOOSE报文
  • SV采样值
  • MMS服务
  • SCL配置文件解析
25边缘计算与AI应用
  • 轻量级神经网络 (TinyML)
  • 异常检测模型
  • 边缘推理部署
  • 模型压缩
26系统集成与测试
  • 硬件在环 (HIL) 测试
  • 协议一致性测试
  • 性能测试 (实时性/吞吐量)
  • 可靠性测试
27工程实践案例 (一)
  • 10kV馈线FTU实现——需求分析
  • 硬件选型
  • 软件架构设计
28工程实践案例 (二)
  • 核心算法实现
  • 保护逻辑调试
  • 现场联调
29工程实践案例 (三)
  • 通信联调
  • 远程监控
  • 故障模拟与验证
30未来趋势与展望
  • 数字化变电站
  • 云边协同
  • 5G在配电网中的应用
  • AI驱动的智能运维