單片機(jī)嵌入式在遠(yuǎn)程電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

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(yùn)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(jī)＋網(wǎng)卡＋采集卡的以太網(wǎng)測控系統(tǒng)相比成本大為降低，實(shí)現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的大眾化、普及化。

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(shí)間里保存數(shù)據(jù)，具體功能如下：

（１）實(shí)時(shí)監(jiān)測三相電壓Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ和四相電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、和Ｉ0；

（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(diǎn)時(shí)刻的電壓、電流數(shù)據(jù)、功率因素，保存月統(tǒng)計(jì)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(yùn)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(jī)、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(shí)現(xiàn)信號處理、數(shù)據(jù)顯示及電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)顯示等功能。

２．１ 單片機(jī)

單片機(jī)模塊是整個(gè)電網(wǎng)監(jiān)測儀的核心。主要完成兩大功能：（１）數(shù)據(jù)采集和處理；（２）實(shí)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(shí)時(shí)電壓、三相實(shí)時(shí)電流和中線電流進(jìn)行處理；實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)可通過ＲＪ４５接口傳給以太網(wǎng)，使監(jiān)控中心及時(shí)得到電網(wǎng)的相關(guān)參數(shù)；同時(shí)電網(wǎng)監(jiān)控軟件根據(jù)測試參數(shù)判斷電網(wǎng)運(yùn)行狀況，電壓是否越限或過低等。 單片機(jī)選用ＵＢＩＣＯＭ公司的８位超高速單片機(jī)ＳＸ５２ＢＤ，每秒運(yùn)行數(shù)據(jù)能力達(dá)１億次。由于ＵＢＩＣＯＭ單片機(jī)的速度極高，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)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(shí)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(jī)屬ＲＩＳＣ結(jié)構(gòu)，芯片上有Ｆｌａｓｈ程序存儲器，可以在安裝到系統(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(gè)時(shí)鐘周期，工作在１００ＭＨｚ時(shí)指令執(zhí)行速度可達(dá)１００ＭＩＰＳ，所有Ｉ／Ｏ可以通過編程靈活配置。 ＳＸ５２ＢＤ單片機(jī)可以輕松地實(shí)現(xiàn)虛擬外設(shè)的功能。ＣＰＵ通過執(zhí)行虛擬軟件模塊直接驅(qū)動(dòng)普通Ｉ／Ｏ口實(shí)現(xiàn)硬件外設(shè)功能（如ＵＡＲＴ、Ｉ2Ｃ、ＳＰＩ、 Ｃａｌｌｅｒ ＩＤ、ＦＳＫ等）。即把許多需要硬件實(shí)現(xiàn)的功能接口，借助處理器的高速處理能力，通過編寫相應(yīng)的軟件模塊實(shí)現(xiàn)。ＵＢＩＣＯＭ公司用匯編語言實(shí)現(xiàn)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）RTL8019AS的情況下還可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)(ＩＥＥＥ８０２．３)協(xié)議處理，使該單片機(jī)系統(tǒng)可以直接通過ＲＪ４５RJ45連到以太網(wǎng)上。