單片機嵌入式系統在運程電網(wǎng)監測系統中的應用

　　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／0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)的情況下還可以實(shí)現互聯(lián)網(wǎng)(1EEE802．3)協(xié)議處理，使該單片機系統可以直接通過(guò)RJ45連到以太網(wǎng)上。

　　2.2電壓電流采樣模塊

　　根據采樣信號的不同，可分為直流采樣與交流采樣兩大類(lèi)。直流采樣是把交流電壓、電流信號轉化為O～5V的直流電壓，再送到A／D轉換器進(jìn)行轉換。即A／D轉換器采樣的模擬量為直流信號。它的主要特點(diǎn)是：數據刷新速度快，隨著(zhù)元器件技術(shù)的發(fā)展，穩定度、精確度大為提高。

　　交流采樣是相對直流采樣而言，直接對交流電壓和電流波形進(jìn)行采樣，然后通過(guò)一定的算法計算出電壓、電流的有效值、有功功率、無(wú)功功率等。

　　交流采樣對環(huán)境溫度有一定要求，同時(shí)對A／D轉換器的轉換速度和采樣保持器要求較高；為了保證測量精度，一個(gè)周期內，必須保證足夠的采樣點(diǎn)數，而且采樣計算程序相對復雜，對CPU要求較高，因此該儀器采用直流采樣。其工作原理如圖3所示。

　2.3功率因素檢測模塊

　　功率因素檢測模塊有兩大功能：

　　(1)判別電壓是超前還是滯后電流；

　　(2)判別功率因素大小。具體相關(guān)電路如圖4所示。當電壓超前電流時(shí)，U15B輸出為“1”；反之輸出為“0”。電壓、電流的正弦波形分別經(jīng)過(guò)零比較器后(電路忽略)轉換為方波，輸入2／4譯碼電路。譯碼電路只有當A、B信號為“01”或“10”時(shí)，X端口才輸出Vref，對積分電路充電；當A、B信號為“00'’或“11”時(shí)，輸出端口為零。而A、B信號為“01”或“10'’的時(shí)間正是電壓、電流相位差的時(shí)間。時(shí)間越長(cháng)，對電容C23充電的時(shí)間也越長(cháng)。因此，電容上的電壓反映了相位差的大小。CPU經(jīng)過(guò)數據處理可確定功率因素的大小。

　　2.4以太網(wǎng)接口模塊

　　以太網(wǎng)接口模塊選用RealTek公司的RTL8019AS全雙工以太網(wǎng)控制器，主要功能是處理以太網(wǎng)協(xié)議。它自帶16KB的SRAM，并通過(guò)RJ45接口與以太網(wǎng)通信。數據的流向為：請求信息從以太網(wǎng)來(lái)，通過(guò)RJ45送到RTL8019AS，處理后的數據包送人SX52BD協(xié)議棧，由協(xié)議棧對數據包進(jìn)行解析，得到原始請求信息。請求信息再經(jīng)過(guò)SX52BD的處理，產(chǎn)生回復信息?；貜托畔⒌揭蕴W(wǎng)的過(guò)程與上述過(guò)程正好相反。

　　2.5其它模塊電路

　　EEPROM：CPU通過(guò)12C總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)EEPROM器件24C256。網(wǎng)頁(yè)就存儲在EEPROM中。EEPROM中的網(wǎng)頁(yè)內容通過(guò)主CPU的讀寫(xiě)操作可以實(shí)現網(wǎng)頁(yè)的瀏覽、重新下載和更新。受容量的限制它不可能存儲大量頁(yè)面。

　　時(shí)鐘模塊電路：選用了時(shí)鐘芯片DSl2B887。它可以產(chǎn)生秒、分、時(shí)、日、星期、月及年等七個(gè)時(shí)標?？梢酝ㄟ^(guò)編程讀取和修改這些時(shí)標，也可以編程產(chǎn)生定時(shí)中斷。采用硬時(shí)鐘，可以不占用單片機的定時(shí)器資源，減輕軟件設計量。

　　看門(mén)狗電路：電網(wǎng)監測儀的工作環(huán)境通常具有強烈的電磁干擾，在工作要求極高的情況下為了防止干擾，引入了看門(mén)狗電路。采用MAX813L芯片。該芯片具有監控電路，如果程序在1.6s之內還不給MAX813L“喂狗信號”，它就會(huì )產(chǎn)生看門(mén)狗輸出，系統復位。

　　參考文獻

　　1 SX52BDl00 Data Sheet．UBICOM Corporation,2000