基于GPRS的電能質(zhì)量在線(xiàn)監測系統設計
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2 系統實(shí)現
2. 1 監測終端的硬件結構
監測終端主要測量系統電壓波動(dòng)、短時(shí)閃變和長(cháng)時(shí)閃變;測量50 次以?xún)戎C波電壓和諧波電流的含有率、電壓和電流總諧波畸變率;測量三相電壓、電流基波的幅值和相位，以及正序、負序、零序分量的幅值、相位和不平衡度;測量系統電壓偏差和頻率偏差。它具有友好的人機交互功能，用戶(hù)可方便地得到相關(guān)的信息;具有遠程傳輸功能，服務(wù)于更高層的信息管理和分析系統。
終端監控單元主要由中央處理單元(MCU)、數據采集電路和GPRS 模塊構成，如圖2 所示。
MCU 采用S3C2410 微處理器，基于ARM920T 內核的32 bit RISC CPU，采用5 級指令流水線(xiàn)，處理器運行時(shí)的時(shí)鐘頻率最高可達到203 MHz; 片內主要有SDRAM控制器、3 通道的UART、4 通道的DMA、4 個(gè)具有PWM 功能的計時(shí)器和1 個(gè)內部時(shí)鐘、8 通道10 bit A/D、觸摸屏接口和I2C 總線(xiàn)接口等，具有MMU 功能，適合移植Linux 操作系統;具有低功耗、高性能的特點(diǎn)。
S3C2410 芯片使用2 片容量為32 MB、16 bit 的HY57V561620B 芯片，構成容量為64 MB、32 bit的SDRAM 存儲器，主要用作程序的運行空間及中間數據的保存，系統初始化后程序代碼調入SDRAM 運行，可提高模塊的處理速度; 容量為2 MB的NOR Flash 芯片SST39VF3601 用于存放引導程序;容量為64 MB 的NAND Flash 芯片K9F120810B 主要用于存放程序代碼、常量表，以及一些在系統斷電后需要保存的用戶(hù)數據等。
三相電流經(jīng)過(guò)電流互感器(CT)，三相電壓經(jīng)過(guò)電壓互感器(PT)后轉換到適合的范圍，再經(jīng)過(guò)濾波及信號調理。由于諧波分析的范圍為2 ～ 50次諧波，設置了有源二階低通濾波器，濾除信號中高于50 次的諧波，以免出現混疊現象，發(fā)生測量誤差。ADS7864 是一種高速、低功耗、6 通道、同時(shí)采樣保證無(wú)失碼的雙12 bit A/D 轉換器。它包含2 個(gè)同時(shí)工作的12 bit A/D 轉換器，可以將轉換結果分別存放在6 個(gè)寄存器中，6 個(gè)通道轉換完后，由MCU 順序讀出轉換結果，然后再進(jìn)行下一次采樣、轉換［4］。電信號由A/D 采樣芯片ADS7864 進(jìn)行同步采樣、保持、A/D 轉換成數字信號，送入主芯片S3C2410 進(jìn)行計算、數據處理、存儲數據和傳輸數據，再把實(shí)時(shí)計算結果送到LCD 顯示，并把超標數據存儲在NAND Flash 存儲器里。
在MCU 中，對采集到的周期性非正弦電量進(jìn)行傅里葉(FFT) 級數分解，可得到基波分量和大于基波頻率的諧波分量，由FFT 運算得到基波的幅值和相位，以及各次諧波的幅值和相位，求出三相電壓的正序、負序分量，確定三相不平衡度，得到電壓有效值、電流有效值、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、頻率、電壓波動(dòng)和電壓短時(shí)閃變等計算結果。
采用GPRS 模塊的MC55 實(shí)現采集數據的遠程傳輸，是一款內部帶有TCP /IP 協(xié)議棧的模塊，目前廣泛運用于智能公交、無(wú)線(xiàn)數據傳輸和遠程無(wú)線(xiàn)抄表等系統中，可在－ 20 ～ 70 ℃的環(huán)境下正常工作，功耗低、可靠性高、性?xún)r(jià)比高。由于MC55 模塊內嵌TCP /IP 協(xié)議棧，對用戶(hù)屏蔽了傳輸層、網(wǎng)絡(luò )層及數據鏈路層，用戶(hù)可直接對應用層進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，降低了設計的復雜度，同時(shí)提高了控制器處理其他數據的能力。MC55 與S3C2410可以通過(guò)標準的串口直接相連，如圖3 所示。
圖3 GPRS 模塊與S3C2410 連接圖
由于MC55 模塊串口部分的邏輯電平為+ 2. 65 V，不能直接與S3C2410 的+ 3. 3 V 串口相連，需要加邏輯電平轉換電路。該設計在其各引腳電路中都串接了一個(gè)100 Ω 的電阻，以實(shí)現兩者串口電平的匹配。模塊的RING0 口與S3C2410 的UCLK 引腳相連，當數據到來(lái)時(shí)用來(lái)通知控制器，作為數據傳輸的中斷信號。
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