基于ARM微處理器的十回路智能配電監(jiān)控單元的設計

O 引言
配電自動化技術正朝著數字化、智能化、網絡化、多功能的方向飛速發(fā)展。本文以內含ARM7TDMI―STM CPU的微控制器LPC2132芯片作為系統(tǒng)主控制器，針對電力系統(tǒng)數據信號的采集和數據通信，以及電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測為研究主題，研究設計出了一種具備智能配電，并可同時監(jiān)控十個用戶回路的終端控制單元，其具備測量各回路中有功功率、無功功率、能量、電壓、電流、功率因數等電力參數功能。

1 電力參量的測量原理
對稱三相電源通常由三個頻率相同、幅值相等和初相角為1200的正弦電壓源按一定方式連接而成，三相信號可依次稱為A、B、C相，記為uA、uB、uC，它們的瞬時表達式如下：

在交流電路中，電壓與電流之間的相位差的余弦叫做功率因數，在數值上，功率因數是有功功率和視在功率的比值，即：

功率因數反映的是輸出功率中無功功率所占的比例。提高用電器的功率因數一般有兩方面的意義．一是減小輸電線路上的功率損失；二是充分發(fā)揮電力設備(如發(fā)電機、變壓器等)的潛力。因此，提高功率因數，對于提高電源設備的利用率，改善供電質量，節(jié)約電能都有積極的作用。

2 硬件設計
2．1 總體結構
為了避免強電信號對弱電信號的干擾，本系統(tǒng)在整體結構上采用三層電路板，即：底層的信號采集電路板，中間層的信號處理電路板，上層的LCD顯示電路板。底層板上布置了很多大而重的元器件，這有利于整個單元實物的穩(wěn)定性；中間層的主要功能是將信號采集層傳遞過來的信號加以處理，因此這層板也是本設計的主控電路板；上層板主要是實現顯示功能，對從中間層傳送過來的測量參數進行實時顯示，整個監(jiān)控單元的總體結構如圖1所示。

2．2 微控制器的選擇
本系統(tǒng)選用LPC2132為微控制器，這是一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32／16位ARM7TD―MI―STM CPU的微控制器，并帶有64／128／256／512KB的嵌入式高速Flash存儲器。LPC2132具有多個32位定時器、1個(LPC2132)10位8路ADC、1O位DAC、PWM通道和多達47個GPIO，以及9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷。其系統(tǒng)中的LPC2132外接口示意圖如圖2所示。