單片機嵌入式在遠程電網(wǎng)監測系統中的應用

１ 系統結構

系統結構如圖１所示。監控中心工作人員可通過(guò)以太網(wǎng)直接訪(fǎng)問(wèn)分布在各監控現場(chǎng)的監測儀，了解各電網(wǎng)的運行狀況，從而采取相應措施。電網(wǎng)遠程監控系統的核心部件是嵌入式電網(wǎng)監測儀，與ＰＣ機＋網(wǎng)卡＋采集卡的以太網(wǎng)測控系統相比成本大為降低，實(shí)現了嵌入式系統的大眾化、普及化。

２ 嵌入式電網(wǎng)監測儀的結構功能

電網(wǎng)監測儀對電網(wǎng)上的電壓、電流信號進(jìn)行采樣和數據處理，在一定時(shí)間里保存數據，具體功能如下：

（１）實(shí)時(shí)監測三相電壓Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ和四相電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、和Ｉ0；

（２）監測Ａ、Ｂ、Ｃ三相功率因素；

（３）通過(guò)ＲＪ４５接口與以太網(wǎng)通信；

（４）保存整點(diǎn)時(shí)刻的電壓、電流數據、功率因素，保存月統計數據；

（５）用數碼管顯示，使用戶(hù)可以在現場(chǎng)查看和設置儀表的運行參數及歷史記錄。 該電網(wǎng)監測儀結構如圖２所示。主要由單片機、電壓電流采樣模塊、功率因素監測模塊、以太網(wǎng)接口模塊等組成。完成對電網(wǎng)參數的監測，實(shí)現信號處理、數據顯示及電網(wǎng)運行狀態(tài)顯示等功能。

２．１ 單片機

單片機模塊是整個(gè)電網(wǎng)監測儀的核心。主要完成兩大功能：（１）數據采集和處理；（２）實(shí)現以太網(wǎng)的接入。將經(jīng)過(guò)電壓電流監測模塊得到的三相實(shí)時(shí)電壓、三相實(shí)時(shí)電流和中線(xiàn)電流進(jìn)行處理；實(shí)時(shí)監測數據可通過(guò)ＲＪ４５接口傳給以太網(wǎng)，使監控中心及時(shí)得到電網(wǎng)的相關(guān)參數；同時(shí)電網(wǎng)監控軟件根據測試參數判斷電網(wǎng)運行狀況，電壓是否越限或過(guò)低等。 單片機選用ＵＢＩＣＯＭ公司的８位超高速單片機ＳＸ５２ＢＤ，每秒運行數據能力達１億次。由于ＵＢＩＣＯＭ單片機的速度極高，能夠實(shí)現實(shí)時(shí)多任務(wù)操作，可以在ＭＣＵ執行數據采集和控制功能的同時(shí)把數據打包并傳送到互聯(lián)網(wǎng)上。用８位微控制器通過(guò)ＩＳＰ接入互聯(lián)網(wǎng)，外圍器件少，系統成本低。ＵＢＩＣＯＭ單片機屬ＲＩＳＣ結構，芯片上有Ｆｌａｓｈ程序存儲器，可以在安裝到系統后進(jìn)行編程和調試。由于ＣＰＵ采用并行流水作業(yè)方式，執行一條指令只需要一個(gè)時(shí)鐘周期，工作在１００ＭＨｚ時(shí)指令執行速度可達１００ＭＩＰＳ，所有Ｉ／Ｏ可以通過(guò)編程靈活配置。 ＳＸ５２ＢＤ單片機可以輕松地實(shí)現虛擬外設的功能。ＣＰＵ通過(guò)執行虛擬軟件模塊直接驅動(dòng)普通Ｉ／Ｏ口實(shí)現硬件外設功能（如ＵＡＲＴ、Ｉ2Ｃ、ＳＰＩ、 Ｃａｌｌｅｒ ＩＤ、ＦＳＫ等）。即把許多需要硬件實(shí)現的功能接口，借助處理器的高速處理能力，通過(guò)編寫(xiě)相應的軟件模塊實(shí)現。ＵＢＩＣＯＭ公司用匯編語(yǔ)言實(shí)現了以太網(wǎng)ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧。在外接一個(gè)以太網(wǎng)控制芯片（ＲＴＬ８０１９ＡＳ）RTL8019AS的情況下還可以實(shí)現互聯(lián)網(wǎng)(ＩＥＥＥ８０２．３)協(xié)議處理，使該單片機系統可以直接通過(guò)ＲＪ４５RJ45連到以太網(wǎng)上。