電能計量帶電核查儀系統的設計

摘要：基于完成對10 kV及10 kV以上帶電設備的核查、探傷和數據采集的目的，設計開(kāi)發(fā)以S3C2440處理器為核心的電能計量帶電核查儀系統，該系統包括PC機客戶(hù)端軟件部分和電能計量帶電核查儀設備部分，通過(guò)PC機客戶(hù)端軟件可以經(jīng)無(wú)線(xiàn)WIFI網(wǎng)絡(luò )實(shí)現對電能計量帶電核查儀設備控制操作。實(shí)驗結果表明，系統工作穩定，可順利實(shí)現對帶電設備的核查、探傷和數據采集等功能，達到設計目的。

隨著(zhù)我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，大規模工業(yè)用電和商業(yè)用電需求快速增長(cháng)。我國城鄉普遍使用的國家電壓標準10 kV及以上的高壓供電系統，出于對供電可靠性及變損的考慮，10KV及以上的工業(yè)供電多數采用高壓供電高壓計量(簡(jiǎn)稱(chēng)高供高計)的計量方式。但是對現有的計量裝置核查時(shí)，為了保障現場(chǎng)操作人員的安全，需要斷電后才能對高供高計進(jìn)行檢查和數據讀取，這給用戶(hù)的正常用電造成了很大不便。由于受高供高計設備帶高壓電的特殊性和困難性的影響，目前國內對高供高計設備的檢測設備還很少，但市場(chǎng)很需要。

電能計量帶電核查儀系統主要用于對10 kV及10 kV以上帶電設備的核查、探傷和數據采集。具有采集高供高計電力設備的各方位外觀(guān)圖像信息，可以很方便在計算機或筆記本電腦上觀(guān)測高壓設備的具體情況，為設備探傷和識別提供依據;具有電力設備信息條碼的掃描閱讀功能，能在任意方向讀取高供高計設備的條碼信息，為設備識別驗證提供依據;具有紅外通信模塊，可快捷、可靠的采集高供高計電能表的數據信息電能，完成電能計量的數據統計和分析等工作。

1 系統總體設計

電能計量帶電核查儀系統是根據對高供高計設備現場(chǎng)檢測的需求設計的，主要由電能計量帶電核查儀和電腦后臺支持軟件構成。其中電能計量帶電核查儀具有圖像視頻采集壓縮、條碼信息采集、電表紅外通訊數據采集和無(wú)線(xiàn)傳輸的功能。電腦后臺支持軟件經(jīng)無(wú)線(xiàn)傳輸接收模塊接收數據完成視頻解壓與呈現、條碼身份的判別、電表數據的紀錄和分析等工作。系統結構圖如圖1所示。

2 電能計量帶電核查儀硬件實(shí)現

由于電能計量帶電核查儀在功能上要集成圖像的采集、條碼掃描、遠紅外通訊和無(wú)線(xiàn)的傳輸功能，在結構設計上要求各部件按功能要求安裝合理、結構緊湊，還要充分考慮在外殼的絕緣性和密封性的基礎上減小設備的整體體積和重量等因素，特別是在圖像的采集和壓縮上的處理，圖像無(wú)線(xiàn)傳輸處理要占用大量的時(shí)間。這些因素要求電能計量帶電核查儀處理器的速度和無(wú)線(xiàn)傳輸速度要快，硬件架構相對簡(jiǎn)單，軟件的實(shí)時(shí)性能好。因此，電能計量帶電核查儀在設計時(shí)選用以S3C2440處理器為核心的硬件系統、以Windows CE嵌入式系統下的軟件系統和采用Wi—Fi無(wú)線(xiàn)通訊方式。

電能計量帶電核查儀的總體設計如圖2所示。S3C2440ARM處理器、時(shí)鐘電路、電源管理電路和MCP電路構成最小系統，使Windows CE嵌入式系統能夠正常啟動(dòng)、運行，自動(dòng)裝載運行本系統應用程序。系統程序運行后初始化攝像頭模塊、條碼掃描模塊、紅外通訊模塊和Wi—Fi通訊模塊，并通過(guò)Wi—Fi通訊模塊與電腦后臺支持軟件建立連接。在收到執行命令后與各功能模塊通訊，使各功能模塊實(shí)時(shí)進(jìn)行數據采集和傳輸，最后將采集的數據傳送到后臺支持軟件中，供后臺支持軟件對數據分析和處理。

2.1 嵌入式處理器

S3C2440處理器芯片是Samsung公司開(kāi)發(fā)的一款基于A(yíng)RM920T內核的16/32位RISC嵌入式微處理器，其高性能、低功耗、接口豐富的特點(diǎn)能滿(mǎn)足嵌入式系統的要求。

其主頻400 MHz，處理器核心實(shí)現了MMU、AMBA、BUS、Harvard高速緩沖體系結構，具有獨立的16 lB的指令Cache和數據Cache。集成SDR AM控制器、LCD控制器、4通道DMA、3通道UART接口、I2C總線(xiàn)接口、I2S總線(xiàn)接口、SD和MMC接口、觸摸屏接口、8通道10位A/D控制器、2端口USB主機/1端口USB設備、4通道PWM定時(shí)器、1通道內部定時(shí)器/看門(mén)口定時(shí)器、最大支持4096x4096像素的像機接口、130個(gè)通用的I/O口、24通道的外部中斷等功能，非常適合系統開(kāi)發(fā)和手持設備的應用。

2.2 MCP存儲模塊

MCP(Multi-Chip-Package即多制層封裝芯片)模塊采用Hynix公司的H8ACOEHOBCR芯片，內部集成128MBNandFlash存儲和64MB SDRAM存儲，協(xié)助處理器加快運行速度，更高效地完成多任務(wù)。Flash模塊用來(lái)存放系統引導程序、操作系統程序、本系統應用程序和其它在系統掉電后需要存儲的用戶(hù)數據和軟件參數設置。SDRAM存儲模塊是系統的內存，用來(lái)存放系統及系統平臺上運行軟件執行的代碼和變量，是系統啟動(dòng)后進(jìn)行存取操作的存儲器，具有讀取和寫(xiě)入速度快的特點(diǎn)。

2.3 電源管理模塊

電源管理模塊將由USB口來(lái)的5 V電源(或鋰電池提供的3.7電源)降壓至3.3 V(系統供電)、2.8 V(攝像頭模塊供電)、1.8 V(基準電源供電)、1.3V(ARM處理器核心工作頻率400 MHz供電)、1.2 V(ARM處理器核心工作頻率300 MHz供電)，監控鋰電池的電量，管理鋰電池充電。為了延長(cháng)待機時(shí)間，智能管理對攝像頭模塊、條碼掃描模塊、紅外通訊模塊和Wi—Fi通訊模塊的供電。

2.4 紅外通訊電路模塊

紅外通訊模塊功能實(shí)現與數字式電能表的通訊，采集電能表電能信息，通過(guò)串口通訊方式與處理器連接。按照DL/T645-1997DL/T645-1997多功能電能表通信規約，處理器將通訊的命令發(fā)送到紅外通訊模塊，由紅外通訊模塊進(jìn)行調制后發(fā)射，傳遞給電能表，電能表將數據以紅外的方式傳遞給紅外通訊模塊，再經(jīng)紅外通訊模塊解調，將數據送到處理器進(jìn)行處理。

2.5 條碼掃描模塊

條碼掃描模塊實(shí)現對高供高計設備自身條碼信息的采集，為管理者進(jìn)行高供高計設備辨別唯一性提供依據。采用霍尼韋爾公司的58XX系列條碼掃描模塊，支持5 V或3.3 V電源供電，有待機模式，可識別標準的一維和二維的條碼，能快速捕捉數字影像、360度全向的讀取條碼，體積小巧，適合工業(yè)應用，通過(guò)串口通訊方式與處理器連接。處理器對條碼掃描模塊發(fā)出條碼掃描的觸發(fā)指令，條碼掃描模塊開(kāi)始條碼掃描處理，當識別成功后將條碼信息經(jīng)串口發(fā)送給處理器處理，并進(jìn)入等待命令狀態(tài)，處理器可啟用待機模式實(shí)現延長(cháng)電池的工作時(shí)間。