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單片機嵌入式系統(tǒng)在遠(yuǎn)程電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要：介紹應(yīng)用UBICOM公司的SX52BD單片機構(gòu)建用于遠(yuǎn)程電網(wǎng)監(jiān)測的嵌入式系統(tǒng)的具體方案，使基于單片機的測控設(shè)備可以方便地連接到以太網(wǎng)，實行電網(wǎng)參數(shù)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。關(guān)鍵詞：電網(wǎng)監(jiān)測 嵌入式系統(tǒng)
為了保證電網(wǎng)的安全運行，了解電網(wǎng)運行狀況，需要對電網(wǎng)的各種運行參數(shù)（如三相電壓、電流、有功功率、無功功率等）進(jìn)行實時監(jiān)測。嵌入式遠(yuǎn)程電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)將現(xiàn)代計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)及自動化技術(shù)融為一體，對配電網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測、協(xié)調(diào)和控制，從而優(yōu)化配電網(wǎng)絡(luò)。利用以太網(wǎng)的豐富資源及UBICOM公司高速單片機SX52BD構(gòu)建分布式以太網(wǎng)嵌入測控系統(tǒng)是一種低成本、高可靠且快捷的技術(shù)方案。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。監(jiān)控中心工作人員可通過以太網(wǎng)直接訪問分布在各監(jiān)控現(xiàn)場的監(jiān)測儀，了解各電網(wǎng)的運行狀況，從而采取相應(yīng)措施。電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的核心部件是嵌入式電網(wǎng)監(jiān)測儀，與PC機+網(wǎng)卡+采集卡的以太網(wǎng)測空系統(tǒng)相比成本大為降低，實現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的大眾化、普及化。
圖1 嵌入式電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2 嵌入式電網(wǎng)監(jiān)測儀的結(jié)構(gòu)功能
電網(wǎng)監(jiān)測儀對電網(wǎng)上的電壓、電流信號進(jìn)行采樣和數(shù)據(jù)處理，在一定時間要保存數(shù)據(jù)，具體功能如下：
（1）實時監(jiān)測三相電壓Va、Vb、Vc和四相電流Ia、Ib、Ic、T0；
（2）監(jiān)測A、B、C三相功率因素；
（3）通過RJ45接口與以太網(wǎng)通信；
（4）保存整點時刻電壓、電流數(shù)據(jù)、功率因素，保存月統(tǒng)計數(shù)據(jù)；
（5）用數(shù)碼管顯示，使用戶可以在現(xiàn)場查看和設(shè)置儀表的運行參數(shù)及歷史記錄。
該電網(wǎng)監(jiān)測儀結(jié)構(gòu)如圖2所示。主要由單片機、電壓電流采樣模塊、功率因素監(jiān)測模塊、以太網(wǎng)接口模塊等組成。完成對電網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)測，實現(xiàn)信號處理、數(shù)據(jù)顯示及電網(wǎng)運行狀態(tài)顯示等功能。
2.1 單片機
單片機模塊是整個電網(wǎng)監(jiān)測儀的核心。主要完成兩大功能：（1）數(shù)據(jù)采集處理；（2）實現(xiàn)以太網(wǎng)的接入。將經(jīng)過電壓電流監(jiān)測模塊得到的三相實時電壓、三相實時電流和中線電流進(jìn)行處理；實時監(jiān)測數(shù)據(jù)可通過RJ45接口傳送以太網(wǎng)，使監(jiān)控中心及時得到電網(wǎng)的相關(guān)參數(shù)；同時電網(wǎng)監(jiān)控軟件根據(jù)測試參數(shù)判斷電網(wǎng)運行狀況，電壓是否越限或老家低等。
單片機選用UBICOM公司8位超高速單片機SX52BD，每秒運行數(shù)據(jù)能力達(dá)1億次。由于UBICOM單片機的速度極高，能夠?qū)崿F(xiàn)實時多任務(wù)操作，可以在MCU執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和控制功能的同時把數(shù)據(jù)打包并傳送到互聯(lián)網(wǎng)上。用8位微控制器通過ISP接入互聯(lián)網(wǎng)，外圍器件少，系統(tǒng)成本低。UBICOM單片機屬RISC結(jié)構(gòu)，芯片上有Flash程序存儲器，可以在安裝在系統(tǒng)后進(jìn)行編程和調(diào)試。由于CPU采用并行流水作業(yè)方式，執(zhí)行一條指令只需要一個時鐘周期，工作在100MHz時指令執(zhí)行速度可達(dá)100MIPS，
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