單片機嵌入式系統(tǒng)在運程電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)中的應用

　　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(gòu)，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／0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)的情況下還可以實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)(1EEE802．3)協(xié)議處理，使該單片機系統(tǒng)可以直接通過RJ45連到以太網(wǎng)上。

　　2.2電壓電流采樣模塊

　　根據(jù)采樣信號的不同，可分為直流采樣與交流采樣兩大類。直流采樣是把交流電壓、電流信號轉(zhuǎn)化為O～5V的直流電壓，再送到A／D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。即A／D轉(zhuǎn)換器采樣的模擬量為直流信號。它的主要特點是：數(shù)據(jù)刷新速度快，隨著元器件技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)定度、精確度大為提高。

　　交流采樣是相對直流采樣而言，直接對交流電壓和電流波形進行采樣，然后通過一定的算法計算出電壓、電流的有效值、有功功率、無功功率等。

　　交流采樣對環(huán)境溫度有一定要求，同時對A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度和采樣保持器要求較高；為了保證測量精度，一個周期內(nèi)，必須保證足夠的采樣點數(shù)，而且采樣計算程序相對復雜，對CPU要求較高，因此該儀器采用直流采樣。其工作原理如圖3所示。

　2.3功率因素檢測模塊

　　功率因素檢測模塊有兩大功能：

　　(1)判別電壓是超前還是滯后電流；

　　(2)判別功率因素大小。具體相關電路如圖4所示。當電壓超前電流時，U15B輸出為“1”；反之輸出為“0”。電壓、電流的正弦波形分別經(jīng)過零比較器后(電路忽略)轉(zhuǎn)換為方波，輸入2／4譯碼電路。譯碼電路只有當A、B信號為“01”或“10”時，X端口才輸出Vref，對積分電路充電；當A、B信號為“00'’或“11”時，輸出端口為零。而A、B信號為“01”或“10'’的時間正是電壓、電流相位差的時間。時間越長，對電容C23充電的時間也越長。因此，電容上的電壓反映了相位差的大小。CPU經(jīng)過數(shù)據(jù)處理可確定功率因素的大小。

　　2.4以太網(wǎng)接口模塊

　　以太網(wǎng)接口模塊選用RealTek公司的RTL8019AS全雙工以太網(wǎng)控制器，主要功能是處理以太網(wǎng)協(xié)議。它自帶16KB的SRAM，并通過RJ45接口與以太網(wǎng)通信。數(shù)據(jù)的流向為：請求信息從以太網(wǎng)來，通過RJ45送到RTL8019AS，處理后的數(shù)據(jù)包送人SX52BD協(xié)議棧，由協(xié)議棧對數(shù)據(jù)包進行解析，得到原始請求信息。請求信息再經(jīng)過SX52BD的處理，產(chǎn)生回復信息?；貜托畔⒌揭蕴W(wǎng)的過程與上述過程正好相反。

　　2.5其它模塊電路

　　EEPROM：CPU通過12C總線訪問EEPROM器件24C256。網(wǎng)頁就存儲在EEPROM中。EEPROM中的網(wǎng)頁內(nèi)容通過主CPU的讀寫操作可以實現(xiàn)網(wǎng)頁的瀏覽、重新下載和更新。受容量的限制它不可能存儲大量頁面。

　　時鐘模塊電路：選用了時鐘芯片DSl2B887。它可以產(chǎn)生秒、分、時、日、星期、月及年等七個時標?？梢酝ㄟ^編程讀取和修改這些時標，也可以編程產(chǎn)生定時中斷。采用硬時鐘，可以不占用單片機的定時器資源，減輕軟件設計量。

　　看門狗電路：電網(wǎng)監(jiān)測儀的工作環(huán)境通常具有強烈的電磁干擾，在工作要求極高的情況下為了防止干擾，引入了看門狗電路。采用MAX813L芯片。該芯片具有監(jiān)控電路，如果程序在1.6s之內(nèi)還不給MAX813L“喂狗信號”，它就會產(chǎn)生看門狗輸出，系統(tǒng)復位。

　　參考文獻

　　1 SX52BDl00 Data Sheet．UBICOM Corporation,2000