基于A(yíng)RM的智能電網(wǎng)數據采集器的設計

一、入門(mén)級數據采集器的應用及系統結構

入門(mén)級數據采集器通常支持單相電力線(xiàn)，用途是采集自動(dòng)抄表系統（AMR）的數據或新式帶數字輸出的智能電表數據。采集的數據通常存儲在采集器系統的閃存中（內置或外置于微控制器本身），集中數據通過(guò)選定的通信接口在預定時(shí)間傳輸至上游網(wǎng)絡(luò )。

入門(mén)級數據采集器向上游網(wǎng)絡(luò )傳遞信息之前通常會(huì )執行一定量的初步數據處理。例如，結合少量的數據采樣和時(shí)間記錄，數據采集器可以報告某一特定時(shí)間內的電力使用情況，從短短幾分鐘到一個(gè)星期或一個(gè)月不等。也可以根據不同時(shí)間間隔和篩選方式對數據進(jìn)行分類(lèi)、存儲。這樣有助于公用事業(yè)公司詳盡地分析電力使用趨勢，數據粒度細化至單個(gè)用戶(hù)，并可進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整，實(shí)現更合理的電力輸配。經(jīng)配置后，數據采集器可監測電子式電表的下游運行情況。如果電表參數發(fā)生變化，或報告間隔超過(guò)公差，或檢測到故障或異常數據，則數據采集器會(huì )實(shí)現軟件智能化，及時(shí)報警，并向維護團隊提供遠程修復所需的信息。

各地智能電網(wǎng)的傳輸方式可能有所不同，因此，應地方規范要求，需要擴展基本功能集。根據數據采集器的部署位置，可以使用RS-485、通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)（GPRS）或電力線(xiàn)通信（PLC）進(jìn)行數據傳輸，也可用紅外線(xiàn)或RS-485進(jìn)行外部控制。許多開(kāi)發(fā)商并不針對每個(gè)地區或市場(chǎng)進(jìn)行定制設計，而是采取了“一刀切”的做法，構建系統支持可能使用的所有傳輸方式（但不是所有傳輸方式都同時(shí)使用）。此做法可能在制造時(shí)帶來(lái)規模經(jīng)濟效益，但同時(shí)對微控制器將提出更多要求。

二、入門(mén)級數據采集器系統框圖和資源要求

圖1顯示了如何配置微控制器用于入門(mén)級數據采集器，表1則列出了該設計的一般功能要求。假定該設備從多個(gè)UART端口采集數據，并支持多種基本功能，包括輸入采集、數據存儲、通信和維護。設計中包括用于提供時(shí)間戳數據的實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、進(jìn)行實(shí)時(shí)供電質(zhì)量檢查的可選模數轉換器ADC以及與外部存儲器或外部設備通信（如無(wú)線(xiàn)傳輸射頻模塊）一起使用的可選SPI接口。

圖1用于入門(mén)級數據采集器的微控制器配置示例

表1中未列出微控制器本身的電耗要求，但通常來(lái)說(shuō)，數據采集器需要高效用電。公用事業(yè)公司不想增加電網(wǎng)電力消耗而產(chǎn)生的額外成本，消費者也不愿意因使用新的計量功能而增加電費支出。

三、入門(mén)級數據采集器元件選舉及考量

恩智浦LPC1200工業(yè)控制系列為入門(mén)級數據采集器提供了不錯的解決方案。如圖2所示，該系列采用ARM Cortex-M0處理器，提供高達128 KB閃存，且包含數據采集器可以使用的其他資源，如RTC、ADC和SPI.

圖2 LPC1200功能框圖

LPC1200系列標配支持兩個(gè)UART，另外，其獨特的特殊應用標準產(chǎn)品（ASSP）功能使得該系統可以額外支持兩個(gè)硬件UART.ASSP功能讓設計人員可以避免增加高端設備支出，同時(shí)又具有足夠的靈活性，可在不同應用中執行多項任務(wù)。例如，其內置的ASSP還可以被配置用于I2C轉DMA傳輸、引腳模式匹配或模擬數據記錄等。使用ASSP可降低CPU的負載及減少處理簡(jiǎn)單信息時(shí)對系統運行產(chǎn)生的中斷，可在定制微控制器功能的同時(shí)最大限度地降低系統開(kāi)銷(xiāo)。