單片機嵌入式在遠程電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)中的應用

１ 系統(tǒng)結(jié)構

系統(tǒng)結(jié)構如圖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，從而采取相應措施。電網(wǎng)遠程監(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)測控系統(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。

２ 嵌入式電網(wǎng)監(jiān)測儀的結(jié)構功能

電網(wǎng)監(jiān)測儀對電網(wǎng)上的電壓、電流信號進行采樣和數(shù)據(jù)處理，在一定時間里保存數(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、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）保存整點時刻的電壓、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)采集和處理；（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行處理；實時監(jiān)測數(shù)據(jù)可通過ＲＪ４５接口傳給以太網(wǎng)，使監(jiān)控中心及時得到電網(wǎng)的相關參數(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，電壓是否越限或過低等。 單片機選用ＵＢＩＣＯＭ公司的８位超高速單片機ＳＸ５２ＢＤ，每秒運行數(shù)據(jù)能力達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，芯片上有Ｆｌａｓｈ程序存儲器，可以在安裝到系統(tǒng)后進行編程和調(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１００ＭＩＰＳ，所有Ｉ／Ｏ可以通過編程靈活配置。 ＳＸ５２ＢＤ單片機可以輕松地實現(xiàn)虛擬外設的功能。ＣＰＵ通過執(zhí)行虛擬軟件模塊直接驅(qū)動普通Ｉ／Ｏ口實現(xiàn)硬件外設功能（如ＵＡＲＴ、Ｉ2Ｃ、ＳＰＩ、 Ｃａｌｌｅｒ ＩＤ、ＦＳＫ等）。即把許多需要硬件實現(xiàn)的功能接口，借助處理器的高速處理能力，通過編寫相應的軟件模塊實現(xiàn)。ＵＢＩＣＯＭ公司用匯編語言實現(xiàn)了以太網(wǎng)ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧。在外接一個以太網(wǎng)控制芯片（ＲＴＬ８０１９ＡＳ）RTL8019AS的情況下還可以實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)(ＩＥＥＥ８０２．３)協(xié)議處理，使該單片機系統(tǒng)可以直接通過ＲＪ４５RJ45連到以太網(wǎng)上。