新型電網電壓監(jiān)測儀的組成和驅動程序設計

摘要：針對電網電壓數據的實時監(jiān)測，提出了一種基于STCl2C5A60S2微處理器的方案。該系統(tǒng)包括電壓采集模塊、轉換模塊和數據顯示模塊，可以顯示實時時間和電壓，并具有電壓越限報警、系統(tǒng)變比設定、系統(tǒng)電壓系數調節(jié)、電壓統(tǒng)計等功能。該系統(tǒng)采用了最新的1T高性能51單片機和存儲器，加快了系統(tǒng)的處理和存儲速度。軟件采用高級語言編寫，主要包括初始化、按鍵掃描、菜單處理、電壓統(tǒng)計等模塊化子程序。
關鍵詞：電壓監(jiān)測儀；STCl2C5A60S2微控制器；實時時間；交直流變換

0 引言
電壓監(jiān)測系統(tǒng)是對電網電壓質量進行監(jiān)測并自動記錄的智能化儀表系統(tǒng)，為統(tǒng)計電壓的合格率及其他參數、反映電壓質量的管理提供正確的數據。電壓監(jiān)測系統(tǒng)的最小組合為一臺智能電壓監(jiān)測儀。通過儀表的使用，即可實現(xiàn)對電壓監(jiān)測點的各種電壓參數進行測量并記錄，同時給出電壓合格率、電壓偏高不合格率、電壓偏低不合格率等計算結果。電壓監(jiān)測系統(tǒng)的另外一種組合是由電壓監(jiān)測儀加上電卡、通訊機及上位計算機等配套設備組成。電壓監(jiān)測儀所記錄的數據很多，通過儀表鍵盤來查詢抄錄十分耗時耗工，而直接用小打印機打印也有許多缺點和不便之處。本系統(tǒng)可實現(xiàn)電網電壓集中監(jiān)測，并有查詢、統(tǒng)計報表、電壓越限報警、典型工作日設定、系統(tǒng)變比和電壓值誤差系數可調整等一系列功能。

1 系統(tǒng)設計
采集模塊以高性能微處理器STCl2C5A60S2為核心，外圍由信號變換、實時時鐘、串行通信和大容量串行存儲器等模塊電路構成。整個系統(tǒng)結構組成如圖1所示。

STCl2C5A60S2是宏晶科技今年新推出的一款處理器，全面兼容傳統(tǒng)的51系列。STCl2C5A60S2是一個時鐘／及其周期，增強型51內核，速度比普通的8051快8～12倍。工作電壓比較寬，為3．3～5．5 V。增加第二復位功能引腳，并且具有外部掉電檢測電路，可在掉電時，及時將數據保存進E2PROM。內部有1 280 B的RAM數據存儲器。芯片內部有E2PROM功能，擦寫次數達10萬次以上。具有ISP／IAP功能，8通道10位高速ADC，速度可達2．5×105次／s，2路PWM還可作2路D／A使用。內部已經集成了獨立的波特率發(fā)生器，此系列單片機串行通信的速率可以不由內部定時器T1的溢出率來決定，這樣可以讓T1來實現(xiàn)定時或者計數的功能。此系列的單片機還有雙串口的功能，一個串口可以被系統(tǒng)使用，剩下的串口可以用來作系統(tǒng)程序調試信息的輸出，避免一個串口被占用的情況下，只能使用I／O口去模擬UART時序的麻煩。
監(jiān)測系統(tǒng)是弱電系統(tǒng)，而電網電壓一般是220 V左右的交流電，不能由系統(tǒng)直接進行測量。必須把測量的電壓通過帶緩沖器的降壓器，降至3～4 V的交流小信號。
降壓之后的電壓信號為交流小信號，再通過真有效值轉換芯片AD536轉換成有效值相等的直流信號并輸出。