目(mù)前(qián)電力(lì)係統發(fā)生(shēng)故障(zhàng)時，工作(zuò)人員很難迅速查(chá)找(zhǎo)根源，為(wéi)此(cǐ)設(shè)計了(liǎo)基(jī)於(yú)ARM9的多功(gōng)能電力記錄(lù)儀，可以(yǐ)采用(yòng)間(jiān)隔或(huò)連(lián)續方(fāng)式對電力(lì)係(xì)統中電壓(yā)，電流(liú)的有效(xiào)值，頻率，相(xiāng)位及波形等(děng)進行(háng)記錄(lù)並保(bǎo)存於(yú)多功(gōng)能電(diàn)力記(jì)錄(lù)儀內(nèi)存中。若電力係統發生(shēng)故障，工作(zuò)人(rén)員可以(yǐ)將數(shù)據(jù)備份到SD卡內的(dí)相應(yīng)時(shí)間(jiān)的(dí)數據讀(dú)入計算機中並(bìng)進行分析(xī)與(yǔ)處(chǔ)理，從而可以快速(sù)定位到(dào)故(gù)障原(yuán)因，提高檢修聽從(cóng)，zui終提高經濟效益(yì)。

多功能電力(lì)記錄儀設(shè)計以嵌入式處(chǔ)理(lǐ)器(qì)S3C2410為核心，結合同(tóng)步(bù)AID轉換器和SD卡，設(shè)計(jì)了多功(gōng)能電力(lì)記(jì)錄儀設計。可以根據設定模(mó)式(shì)同(tóng)時(shí)測(cè)量(liáng)並(bìng)記(jì)錄zui多3通(tōng)道電(diàn)壓和(hé)3通道電流的有(yǒu)效值，頻率，相位，波形(xíng)等電力(lì)參(cān)數，並(bìng)存(cún)入(rù)SD卡保(bǎo)存。通過串行(háng)口或通(tōng)用讀(dú)卡器(qì)將SD卡內(nèi)數據讀(dú)入上位計算(suàn)機(jī)即(jí)可(kě)對某些時間點的(dí)電力參數進(jìn)行分(fēn)析和(hé)處(chǔ)理(lǐ)。給(gěi)出(chū)了(liǎo)係統的硬件(jiàn)組(zǔ)成與(yǔ)軟件編(biān)製(zhì)方(fāng)法(fǎ)。實驗表明，本係統測量(liáng)與(yǔ)記(jì)錄精(jīng)度高(gāo)，數(shù)據(jù)存(cún)儲(chǔ)量大，功(gōng)耗極(jí)低，特別(bié)適用(yòng)於電(diàn)力(lì)部門采(cǎi)集(jí)電(diàn)力參(cān)數的場合。

硬(yìng)件組成(chéng)及原理(lǐ)

多(duō)功(gōng)能(néng)電(diàn)力記(jì)錄儀以(yǐ)S3C2410為(wéi)核心處理(lǐ)器，負責參數運(yùn)算(suàn)與全(quán)局控製(zhì)。被(bèi)測(cè)交(jiāo)流(liú)電信號(hào)經(jīng)過(guò)電流互感器進(jìn)行隔(gé)離(lí)後進(jìn)入(rù)取(qǔ)樣放(fàng)大(dà)電路，為(wéi)保證能(néng)夠對寬範圍的(dí)信號進行測(cè)量，使用數(shù)字(zì)電位(wèi)器對信號(hào)進行動(dòng)態放大(dà)，使(shǐ)進入A/D轉(zhuǎn)換(huàn)器的信號(hào)在合理範圍(wéi)。整(zhěng)形(xíng)電路將(jiāng)正(zhèng)弦(xián)信號變換為方波(bō)，送入處理(lǐ)器的定時器(qì)，利用(yòng)PCA的捕獲功能(néng)測量頻率及相位。硬(yìng)件係統(tǒng)結構(gòu)如(rú)圖(tú)1所(suǒ)示。下麵(miàn)就(jiù)嚴(yán)重(zhòng)部(bù)分進行(háng)分(fēn)別(bié)介紹。

多功能(néng)電(diàn)力記錄儀硬(yìng)件係統(tǒng)結(jié)構圖(tú)

2.1控(kòng)製器

為了保證(zhèng)高(gāo)測量(liáng)精(jīng)度(dù)，對(duì)交(jiāo)流電(diàn)每(měi)個周期進行(háng)128點的采樣(yàng)，並采用14位的(dí)A/D轉換(huàn)器，則每(měi)秒鐘的(dí)數據量為2B*128點*6通(tōng)道*50Hz=75KB，因此數(shù)據(jù)吞吐量(liáng)較大(dà)，若想(xiǎng)做(zuò)到實時計算和存(cún)儲，則(zé)對多(duō)功能(néng)電力記錄儀的處理器的(dí)速(sù)度(dù)要求很高，普通(tōng)的單(dān)片(piàn)機無法滿(mǎn)足(zú)要(yào)求。為(wéi)此，選用(yòng)三(sān)星公(gōng)司(sī)的(dí)S3C2410高速(sù)ARM9處理器，與電源電(diàn)路，時鐘(zhōng)電(diàn)路(lù)，存儲(chǔ)器(qì)係統(tǒng)及復位(wèi)電路共同(tóng)組成(chéng)微控(kòng)製(zhì)係(xì)統。復位電路選(xuǎn)用(yòng)了係(xì)統監(jiān)視復(fù)位芯片(piàn)IMP811S，可提(tí)供高(gāo)效的電源監(jiān)視功能，確(què)保係統工(gōng)作正常。

S3C2410是(shì)一款(kuǎn)基(jī)於ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC嵌(qiàn)入式(shì)處理(lǐ)器微處理(lǐ)器，運(yùn)行(háng)的(dí)頻率可達(dá)203MHz，在(zài)此(cǐ)基礎上擴展了一係(xì)列完整的(dí)通(tōng)用(yòng)外圍接口單(dān)元(yuán)，能夠提(tí)供(gōng)高性價比的嵌入(rù)式(shì)解決方(fāng)案(àn)。S3C2410係統(tǒng)外(wài)圍(wéi)接(jiē)口(kǒu)單(dān)元包括(kuò)支持55個(gè)製(zhì)止源(yuán)的(dí)製(zhì)止控製器(qì)，4路(lù)DMA控製器(qì)，117個通用I/O口(kǒu)，3個(gè)可(kě)編程(chéng)波(bō)特(tè)率的(dí)UART, LCD控製(zhì)器，8路10位(wèi)A/D轉(zhuǎn)換器(qì)，SD卡接(jiē)口，1個(gè)多(duō)主機12C總綫(xiàn)控(kòng)製器，2個SPI接(jiē)口等。

2.2信號處(chǔ)理(lǐ)電路(lù)

被測交流(liú)信號通(tōng)過互感器變(biàn)為0~2mA的電流信號，經過(guò)400歐(ōu)姆(mǔ)的取樣電(diàn)阻後變(biàn)為0~0.8V的電壓信(xìn)號，經超低失調運算(suàn)放大器(qì)AD851和(hé)數字(zì)電位器MCP41010組成的增(zēng)益可變(biàn)放大電路後，做二(èr)階低通(tōng)濾(lǜ)波(bō)，然(rán)後即可(kě)進入A/D轉換器(qì)進行(háng)采樣(yàng)或(huò)進(jìn)入LM339比(bǐ)較器進行(háng)整(zhěng)形。

2.3 A/D轉換器

為保證多功(gōng)能電力記錄儀各(gè)通(tōng)道采樣數(shù)據(jù)的同步性及精度，選用(yòng)了LINEAR公司的LTC1408芯片。LTC1408是一款14位(wèi)分(fēn)辨率(shuài)，6通道(dào)同時采樣(yàng)的A/D轉(zhuǎn)換(huàn)器，單(dān)3V電(diàn)源(yuán)供(gōng)電，功耗(hào)僅(jǐn)為(wéi)15mW,侮通(tōng)道(dào)吞吐率為(wéi)100ksps，電(diàn)壓輸入(rù)範(fàn)圍為0-2.5V或(huò)±1.25V，采用三綫(xiàn)式(shì)串行(háng)接口方式。

係統(tǒng)采用(yòng)0-2.5V輸入範(fàn)圍(wéi)，因(yīn)此電源(yuán)電(diàn)路(lù)中(zhōng)采(cǎi)用LT1461-1.25芯(xīn)片產生1.25V電(diàn)壓(yā)基準(zhǔn)，為放(fàng)大(dà)電(diàn)路(lù)提供參(cān)考(kǎo)，以使(shǐ)正弦(xián)信號的幅(fú)度(dù)在A/D采(cǎi)樣範圍(wéi)內(nèi)。

圖2所示為(wéi)LTC1408芯片的硬(yìng)件接綫(xiàn)圖(tú)。圖2中(zhōng)，AINO~AIN5為放大電(diàn)路輸(shū)出的(dí)信(xìn)號，將SEL2-VSELO接高以選擇所有通(tōng)道進行(háng)轉換，BIP接低(dī)電(diàn)平以(yǐ)選擇單端(duān)輸入(rù)方(fāng)式，串行口(kǒu)SDO, SCK和CONV與S3C2410的(dí)GPG口的高(gāo)三(sān)位相(xiāng)連，以進行(háng)轉(zhuǎn)換控製和數據(jù)傳送(sòng)。

2.4人機接(jiē)口(kǒu)與信息存儲(chǔ)

為了(liǎo)便於參數(shù)設置與(yǔ)體現(xiàn)，係統加入(rù)了按鍵和(hé)LCD體現器。S3C2410內(nèi)部含(hán)有一(yī)個LCD驅動控(kòng)製器(qì)，能自(zì)動(dòng)產生(shēng)LCD驅動控(kòng)製(zhì)所需的控(kòng)製(zhì)信號，因(yīn)此能(néng)與(yǔ)TFT型(xíng)的彩色(sè)LCD屏(píng)直(zhí)接連(lián)接，不(bù)需要外加(jiā)控(kòng)製器(qì)。本(běn)係(xì)統采用了(liǎo)3.5寸(cùn)的(dí)320×240型液(yè)晶(jīng)屏。按鍵直接與S3C2410的GPIO相連(lián)，采(cǎi)用(yòng)掃描(miáo)方式讀取按(àn)鍵(jiàn)號。

為(wéi)了能(néng)夠將(jiāng)控製信息(xī)及(jí)照(zhào)明管理信息進行(háng)存儲(chǔ)與查(chá)詢(xún)，係統加入(rù)了SD卡存儲(chǔ)裝(zhuāng)置。由於S3C2410芯片本(běn)身帶有SD卡接口，因此(cǐ)隻需將SD卡座與(yǔ)S3C2410的(dí)SD卡(qiǎ)接口(kǒu)直(zhí)接(jiē)相(xiāng)連即可實現數據讀(dú)寫(xiě)。

係統(tǒng)軟(ruǎn)件設計

S3C2410作為控製核(hé)心(xīn)完成A/D轉(zhuǎn)換(huàn)，SD卡(qiǎ)讀寫，參數(shù)輸入(rù)與體現，數據(jù)運算(suàn)，電(diàn)池(chí)電(diàn)壓檢測(cè)等(děng)功能(néng)，由(yóu)於軟(ruǎn)件(jiàn)較復(fù)雜，所(suǒ)以(yǐ)實際編程(chéng)中嵌入了5C/OS-II實時操(cāo)作(zuò)係(xì)統(tǒng)。主程(chéng)序(xù)完成S32410時鐘(zhōng)初始化(huà)，GPIO初始化，製止初始(shǐ)化(huà)，SD卡初始(shǐ)化(huà)，SPI接(jiē)口(kǒu)初(chū)始化，PCA初(chū)始(shǐ)化，操作(zuò)係統初(chū)始(shǐ)化(huà)，任務創(chuàng)建與(yǔ)操(cāo)作係(xì)統的(dí)啟動等(děng)。

3.1 PC/OS-II實(shí)時(shí)操作(zuò)係(xì)統(tǒng)

5C/OS-H實時(shí)操作(zuò)係(xì)統是(shì)真(zhēn)正(zhèng)源碼公開的，采(cǎi)用(yòng)占先式(shì)的實(shí)時(shí)內(nèi)核(hé)，支持(chí)多達56個用(yòng)戶任(rèn)務(wù)，穩(wěn)定性(xìng)和(hé)可靠(kào)性高(gāo)，而(ér)且移植方(fāng)便，占(zhān)用內存小。5C/OS-II實(shí)時(shí)操(cāo)作(zuò)係統(tǒng)中各任務(wù)要(yào)分配不同的(dí)優先級(jí)，優(yōu)先級(jí)用(yòng)數(shù)字(zì)吐露體(tǐ)現(xiàn)，數(shù)字越小其優(yōu)先級越(yuè)高(gāo)。針(zhēn)對(duì)本係統(tǒng)中(zhōng)各任務(wù)的嚴(yán)重(zhòng)性，為各(gè)任務(wù)分(fēn)配了(liǎo)表(biǎo)I所示(shì)的優(yōu)先級。

3.2 A/D轉換(huàn)程(chéng)序

因為每個(gè)周(zhōu)期采集128點，因(yīn)此(cǐ)使(shǐ)用(yòng)定(dìng)時(shí)器。實(shí)現(xiàn)125.25uS的定(dìng)時間隔(gé)，在定(dìng)時製(zhì)止(zhǐ)中啟動AID轉(zhuǎn)換(huàn)。A/D轉換(huàn)器采用3綫接口(kǒu)，所(suǒ)以要(yào)嚴(yán)格遵守(shǒu)其時序(xù)。其中(zhōng)CONY的上升沿啟動轉換(huàn)，SCK為(wéi)讀(dú)取時(shí)鐘，SDO為數據(jù)。完成6個通道的(dí)數(shù)據(jù)轉換(huàn)和(hé)數(shù)據(jù)讀(dú)取(qǔ)需(xū)96個時鐘。CONY的上(shàng)升沿到來(lái)後，緊(jǐn)跟著兩個SCK上升(shēng)沿(yán)後(hòu)即可讀(dú)取轉換(huàn)結果，SCK侮14個上(shàng)升沿可讀取一(yī)個通(tōng)道的(dí)結果，其中高位(wèi)( D13)在前(qián)，低位(DO)在後。CH0通道轉換(huàn)結(jié)果(guǒ)在前，CH5通道轉換(huàn)結果(guǒ)zui後(hòu)。過(guò)細(xì)，每讀(dú)取完一(yī)個(gè)通道(dào)結果(guǒ)後要(yào)增(zēng)加兩(liǎng)個(gè)SCK上(shàng)升(shēng)沿時(shí)隙(xì)，以(yǐ)保證結果的正(zhèng)確(què)性(xìng)。

表：多(duō)功能電力記錄(lù)儀設計係統(tǒng)中(zhōng)任務及(jí)優(yōu)先級(jí)

3.3 FatFS文件係統(tǒng)

本係(xì)統SD卡內使(shǐ)用(yòng)了FatFS文(wén)件(jiàn)係統，便於用(yòng)通用讀卡(qiǎ)器(qì)讀取SD卡內(nèi)容。FatFS是一(yī)種(zhǒng)通用的(dí)文件(jiàn)係統(tǒng)模塊，用(yòng)於在(zài)小(xiǎo)型(xíng)嵌入式係(xì)統中(zhōng)實現FAI，文(wén)件係(xì)統。因(yīn)為(wéi)FatFs模(mó)塊完(wán)全(quán)與(yǔ)磁盤(pán)1/O層分開，因(yīn)此隻需要修改部(bù)分(fēn)函數(shù)就可以實現底層(céng)物理磁盤的(dí)讀(dú)寫(xiě)與(yǔ)獲(huò)取(qǔ)當(dāng)前時(shí)間，並將(jiāng)FatFS文(wén)件係統移(yí)植到係統(tǒng)中。

本(běn)係統中對一下幾個函數加以修(xiū)改:

disk initialize:初始(shǐ)化磁盤驅動(dòng)器，這(zhè)裏(lǐ)是(shì)初始化(huà)SD卡;

disk status:獲取(qǔ)磁盤狀態;

disk read:讀扇區(qū);

disk write:寫(xiě)扇區(qū);

disk ioctl:設備(bèi)幹係(xì)的(dí)控(kòng)製(zhì)特性;

get fattime:獲取(qǔ)當前時間。

實(shí)驗結論

通過(guò)實驗(yàn)測試(shì)表明(míng)，采(cǎi)用三(sān)星公(gōng)司的(dí)S3C2410高(gāo)速(sù)ARM9處(chǔ)理器(qì)能夠實(shí)現對交流(liú)電侮(wǔ)個周(zhōu)期進行(háng)128點的高測量(liáng)精度(dù)采(cǎi)樣。係統(tǒng)能夠實(shí)現(xiàn)對電力係(xì)統(tǒng)多路電(diàn)壓，電流多種參數的(dí)記(jì)錄並保存。

結(jié)束語(yǔ)

本(běn)文所(suǒ)設計(jì)的電力(lì)參數(shù)記(jì)錄(lù)儀具(jù)有精度高，速度(dù)快，可(kě)靠(kào)性(xìng)高(gāo)，功耗(hào)低(dī)，容(róng)量(liáng)大(dà)等益處(chǔ)，可(kě)以(yǐ)對(duì)6個交(jiāo)流通道(dào)參數(shù)和波(bō)形(xíng)進(jìn)行記錄。記錄的(dí)數(shù)據(jù)還(huán)包含時間信息，讀(dú)入計算(suàn)機(jī)即可(kě)進行特(tè)征(zhēng)值分析，諧(xié)波(bō)分(fēn)析(xī)，序量分析(xī)等，可以為工(gōng)作人(rén)員進行故障分(fēn)析(xī)提(tí)供(gōng)依據，從(cóng)而縮(suō)短(duǎn)故(gù)障(zhàng)排(pái)查(chá)時間，提高電(diàn)力係統維(wéi)護聽(tīng)從(cóng)，因此有著良(liáng)好的(dí)推(tuī)廣前景。