0 引言
隨著計算機技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)和嵌入式" title="嵌入式">嵌入式智能" title="智能">智能儀器得到越來越廣泛的應(yīng)用。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強有力的技術(shù)支持，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。文中分析了基于LPC2132" title="LPC2132">LPC2132 的智能防竊電" title="防竊電">防竊電系統(tǒng)的設(shè)計。
1 硬件總體設(shè)計方案
依據(jù)上述對裝置的功能規(guī)劃，可將裝置設(shè)計規(guī)劃為兩部分，智能監(jiān)控系統(tǒng)由上位機和下位機兩大部分組成，其中上位機由PC 機來實現(xiàn)。下位機包括由MSP430F149 構(gòu)成的主控單片機、4×4 的人機接口鍵盤、繼電器控制電路和聲光電報警電路。
1.1 傳感器選型
1.1.1 電能計量芯片選擇
用電采集部分主要通過電能計量芯片AD7755 實現(xiàn)對電量的采集與存儲。可將一天分為48 個時間段，也就是每半個小時一個時間段，單片機將半個小時內(nèi)采集到的脈沖數(shù)和半個小時內(nèi)采集到的最大功率值送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，然后數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)更新，并且以動態(tài)網(wǎng)頁的形式發(fā)布出去。電量采樣電路為電能計量的關(guān)鍵電路，見圖1。
圖1 電能采樣電路
1.1.2 油溫傳感器的選取
采用鉑電阻作為變壓器油溫測量的傳感器，其測溫電路如圖2 所示。油溫傳感器用于測量變壓器的油溫，當(dāng)油溫高于設(shè)定值時報警并切斷變壓器開關(guān)。
圖2 測溫電路
其參數(shù)如下：
?、贉y量范圍：-200℃～+850℃；②允許偏差值△℃：A 級±（0.15＋0.002│t│），B 級±（0.30＋0.005│t│）；③最小置入深度：熱電阻的最小置入深度≥200 mm；④允通電流≤5 mA。
1.1.3 油位傳感器的選取
選用UZF2（側(cè)裝式）遠傳型翻柱控制液位計。磁性翻柱液位計是根據(jù)磁性原理、阿基米德（浮力定律）等原理巧妙地結(jié)合機械傳動的特性而開發(fā)研制的一種專門用于液位測量的裝置，控制型是在翻柱液位計的基礎(chǔ)上增加了磁控開關(guān)，在監(jiān)測液位的同時磁控開關(guān)信號可用于對液位進行控制或報警；遠傳型是在翻柱液位計的基礎(chǔ)上增加了 4~20mA 變送傳感器，在現(xiàn)場監(jiān)測液位的同時將液位的變化通過變送傳感器、線纜及儀表傳到控制室，實現(xiàn)遠程監(jiān)測和控制。
1.1.4 防竊電信號的選取
整個系統(tǒng)上電后，主控制系統(tǒng)和微控制器開始自檢，初始化完畢后，如果沒有接收到遠程管理中心通過GPRS 發(fā)送的指令，測控主系統(tǒng)順序的讀計量表的電流和監(jiān)測數(shù)據(jù)，測量變壓器油溫和油位并作數(shù)據(jù)處理，判斷計量箱門是否正常，定時接收測控子系統(tǒng)發(fā)送的測量和監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理和輸出控制，同時測控子系統(tǒng)順序的測量電流和高壓磁套內(nèi)的油溫，并監(jiān)測高壓磁套內(nèi)的定位電磁鐵的狀態(tài)及油位。當(dāng)測控主系統(tǒng)接收到遠程管理中心通過GPRS 發(fā)送的指令時，對指令進行判斷以確定是變壓器內(nèi)部負荷開關(guān)合閘或斷開指令，還是磁套內(nèi)定位電磁鐵定位或釋放指令及計量箱門內(nèi)定位電磁鐵定位或釋放指令。主測控系統(tǒng)把相應(yīng)的指令內(nèi)容發(fā)送到測控子系統(tǒng)并輸出控制，完成各個功能。另外，主測控系統(tǒng)實時的把測量的電流值和從計量表讀出的電流值在LCD 上形成兩條曲線并存儲?？刂齐娐分饕獙崿F(xiàn)對計量箱內(nèi)的定位電磁鐵的控制，定位電磁鐵主要實現(xiàn)對計量箱門的鎖定控制，當(dāng)定位電磁鐵線圈的正方向通電后，電磁鐵的定位栓鎖定計量箱門，反方向通電時，電磁鐵的定位栓釋放，計量箱門可以打開。圖3 為輸出控制電磁鐵的電路圖。
當(dāng)PTC3 和PTF6 均為高電平時，電磁鐵線圈的正方向通電，鎖定計量箱門，不能打開。需要打開時，使PTF7 和PTC0均為高電平，電磁鐵釋放，計量箱門可以被打開。
圖3 輸出控制電磁鐵的電路
1.2 單片機選型
設(shè)計采用基于ARM 體系結(jié)構(gòu)的PHILIPS 公司的LPC2132 芯片作為數(shù)據(jù)采集終端的MCU。LP C2132 微控制器是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32 位ARM7TDMI-SCPU，并帶有64 kB 的高速Flash 存儲器。
128 位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32 位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)接口模塊與以太網(wǎng)相連，由遠程計算機發(fā)送任務(wù)請求或由采集系統(tǒng)主動傳遞數(shù)據(jù)給遠程監(jiān)控計算機，實現(xiàn)設(shè)備與Internet 的互聯(lián)。
0 引言
隨著計算機技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)和嵌入式智能儀器得到越來越廣泛的應(yīng)用。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強有力的技術(shù)支持，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。文中分析了基于LPC2132 的智能防竊電系統(tǒng)的設(shè)計。
1 硬件總體設(shè)計方案
依據(jù)上述對裝置的功能規(guī)劃，可將裝置設(shè)計規(guī)劃為兩部分，智能監(jiān)控系統(tǒng)由上位機和下位機兩大部分組成，其中上位機由PC 機來實現(xiàn)。下位機包括由MSP430F149 構(gòu)成的主控單片機、4×4 的人機接口鍵盤、繼電器控制電路和聲光電報警電路。
1.1 傳感器選型
1.1.1 電能計量芯片選擇
用電采集部分主要通過電能計量芯片AD7755 實現(xiàn)對電量的采集與存儲?？蓪⒁惶旆譃?8 個時間段，也就是每半個小時一個時間段，單片機將半個小時內(nèi)采集到的脈沖數(shù)和半個小時內(nèi)采集到的最大功率值送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，然后數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)更新，并且以動態(tài)網(wǎng)頁的形式發(fā)布出去。電量采樣電路為電能計量的關(guān)鍵電路，見圖1。
圖1 電能采樣電路
1.1.2 油溫傳感器的選取
采用鉑電阻作為變壓器油溫測量的傳感器，其測溫電路如圖2 所示。油溫傳感器用于測量變壓器的油溫，當(dāng)油溫高于設(shè)定值時報警并切斷變壓器開關(guān)。
圖2 測溫電路
其參數(shù)如下：
?、贉y量范圍：-200℃～+850℃；②允許偏差值△℃：A 級±（0.15＋0.002│t│），B 級±（0.30＋0.005│t│）；③最小置入深度：熱電阻的最小置入深度≥200 mm；④允通電流≤5 mA。
1.1.3 油位傳感器的選取
選用UZF2（側(cè)裝式）遠傳型翻柱控制液位計。磁性翻柱液位計是根據(jù)磁性原理、阿基米德（浮力定律）等原理巧妙地結(jié)合機械傳動的特性而開發(fā)研制的一種專門用于液位測量的裝置，控制型是在翻柱液位計的基礎(chǔ)上增加了磁控開關(guān)，在監(jiān)測液位的同時磁控開關(guān)信號可用于對液位進行控制或報警；遠傳型是在翻柱液位計的基礎(chǔ)上增加了 4~20mA 變送傳感器，在現(xiàn)場監(jiān)測液位的同時將液位的變化通過變送傳感器、線纜及儀表傳到控制室，實現(xiàn)遠程監(jiān)測和控制。
1.1.4 防竊電信號的選取
整個系統(tǒng)上電后，主控制系統(tǒng)和微控制器開始自檢，初始化完畢后，如果沒有接收到遠程管理中心通過GPRS 發(fā)送的指令，測控主系統(tǒng)順序的讀計量表的電流和監(jiān)測數(shù)據(jù)，測量變壓器油溫和油位并作數(shù)據(jù)處理，判斷計量箱門是否正常，定時接收測控子系統(tǒng)發(fā)送的測量和監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理和輸出控制，同時測控子系統(tǒng)順序的測量電流和高壓磁套內(nèi)的油溫，并監(jiān)測高壓磁套內(nèi)的定位電磁鐵的狀態(tài)及油位。當(dāng)測控主系統(tǒng)接收到遠程管理中心通過GPRS 發(fā)送的指令時，對指令進行判斷以確定是變壓器內(nèi)部負荷開關(guān)合閘或斷開指令，還是磁套內(nèi)定位電磁鐵定位或釋放指令及計量箱門內(nèi)定位電磁鐵定位或釋放指令。主測控系統(tǒng)把相應(yīng)的指令內(nèi)容發(fā)送到測控子系統(tǒng)并輸出控制，完成各個功能。另外，主測控系統(tǒng)實時的把測量的電流值和從計量表讀出的電流值在LCD 上形成兩條曲線并存儲?？刂齐娐分饕獙崿F(xiàn)對計量箱內(nèi)的定位電磁鐵的控制，定位電磁鐵主要實現(xiàn)對計量箱門的鎖定控制，當(dāng)定位電磁鐵線圈的正方向通電后，電磁鐵的定位栓鎖定計量箱門，反方向通電時，電磁鐵的定位栓釋放，計量箱門可以打開。圖3 為輸出控制電磁鐵的電路圖。
當(dāng)PTC3 和PTF6 均為高電平時，電磁鐵線圈的正方向通電，鎖定計量箱門，不能打開。需要打開時，使PTF7 和PTC0均為高電平，電磁鐵釋放，計量箱門可以被打開。
圖3 輸出控制電磁鐵的電路
1.2 單片機選型
設(shè)計采用基于ARM 體系結(jié)構(gòu)的PHILIPS 公司的LPC2132 芯片作為數(shù)據(jù)采集終端的MCU。LP C2132 微控制器是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32 位ARM7TDMI-SCPU，并帶有64 kB 的高速Flash 存儲器。
128 位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32 位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)接口模塊與以太網(wǎng)相連，由遠程計算機發(fā)送任務(wù)請求或由采集系統(tǒng)主動傳遞數(shù)據(jù)給遠程監(jiān)控計算機，實現(xiàn)設(shè)備與Internet 的互聯(lián)。
1.3 網(wǎng)絡(luò)接口芯片的選擇
設(shè)計采用由Microchip Technology （美國微芯科技公司）推出的28 引腳獨立以太網(wǎng)控制器ENC28J60；采用RJ45接頭網(wǎng)線的EIA/568A 接線標準，傳輸介質(zhì)使用八芯雙絞線，以RJ45 連接器為接口。
網(wǎng)絡(luò)接口電路的設(shè)計是根據(jù)LPC2132 與ENC28J60 的功能、時序和邏輯電平，其網(wǎng)絡(luò)接口電路如圖4 所示。
1.4 串行總線接口
LP C2132 有兩個UART 串行接口模塊，可以方便與串行設(shè)備相連。設(shè)計中用UART0 作為RS232 接口，用UARTI 作為RS485 接口。RS232 主要用于系統(tǒng)調(diào)試，也可以與采用RS232通訊方式的設(shè)備連接。RS485 作為網(wǎng)關(guān)的輸入輸出通道。
圖4 網(wǎng)絡(luò)接口電路
1.4.1 RS-232 轉(zhuǎn)換電路
設(shè)計采用SP3232E 芯片。它可以將輸入的電平轉(zhuǎn)換為標準的TTL 電平（給MCU），亦可以將輸入的TTL 電平轉(zhuǎn)換為負邏輯電平（給PC 機）。其工作電路如圖5 所示。
圖5 SP3232E 電路
1.4.2 RS485 接口電路
設(shè)計采用Sipex 公司的低壓RS485 接口芯片SP3481，只需要一個+3.3 V 電源就可以產(chǎn)生差動輸出需要的1.5 V 的壓差。SP348lE 工作在半雙工模式，芯片內(nèi)包括一個驅(qū)動器和一個接收器，外部有8 個管腳組成。
由LPC2132 輸出的R/D 信號直接控制SP3481 芯片的發(fā)送器/接收器使能：R/D 信號為“1”，則SP3481 芯片的發(fā)送器有效，接收器禁止，此時LPC2132 可以向RS485 總線發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)；R/D 信號為“0”，則SP3481 芯片的發(fā)送器禁止，接收器有效，此時LPC2132 可以接收來自RS-485 總線的數(shù)據(jù)字節(jié)。如圖6 所示。此電路中，任一時刻SP3481 芯片中的“接收器”和“發(fā)送器”只能夠有1 個處于工作狀態(tài)。
圖6 RS-485 電路連接
2 結(jié)語
隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，智能防竊電控制技術(shù)必將成為一種發(fā)展趨勢，文中提出利用網(wǎng)關(guān)和新型傳感器對變壓器參數(shù)進行測試。調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可靠性高、使用方便，采用上述方法建立的防竊電智能制系統(tǒng)具有布線簡單、系統(tǒng)控制器穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸可靠性高等特點，在實際使用中取得了良好的效果，具有一定的推廣意義。