摘  要： 提出以ARM9為CPU，采用目前廣泛應(yīng)用的工業(yè)以太網(wǎng)作為通信方式的電網(wǎng)電力參數(shù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案。在掌握ARM9和以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建本裝置所需要的軟硬件平臺(tái)。本方案采用DM9000芯片來(lái)控制以太網(wǎng)， 經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)驗(yàn)證并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓電流等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集并傳輸回基站的目的。
關(guān)鍵詞： ARM9；在線(xiàn)監(jiān)測(cè)；以太網(wǎng)；DM9000

     電力系統(tǒng)是我國(guó)能源行業(yè)最重要的組成部分,電網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行對(duì)人們的日常生產(chǎn)生活起著很重要的作用。目前市場(chǎng)上一些電力參數(shù)測(cè)量裝置大多采用單片機(jī)作為CPU,已經(jīng)不能滿(mǎn)足對(duì)實(shí)時(shí)性和高精度的要求,尤其是不能滿(mǎn)足對(duì)其可靠性和網(wǎng)絡(luò)通信能力的要求?；诖颂岢鲆环N基于32位ARM芯片S3C2410作為處理器構(gòu)成監(jiān)控下位機(jī)，基于以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的方案，該方案對(duì)電網(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行采集、處理、顯示并傳送到控制中心，達(dá)到對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、保護(hù)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的目的[1]。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
    系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)信息采集處理部分和數(shù)據(jù)傳輸部分，分別負(fù)責(zé)電網(wǎng)電壓、電流等相關(guān)信號(hào)的采集和傳送。系統(tǒng)的主要器件有S3C2410、DM9000、JTAG、JDG-0.5、LM-0.5等。其中S3C2410作為系統(tǒng)的核心芯片，主要負(fù)責(zé)處理整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作；DM9000控制以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸部分；JTAG用于仿真調(diào)試；串口用于調(diào)試數(shù)據(jù)的正確采集；LZZBJ-9-10A和JDZG-10負(fù)責(zé)對(duì)電力參數(shù)進(jìn)行采集；整個(gè)系統(tǒng)還包括電源（電壓）濾波模塊、系統(tǒng)復(fù)位模塊、時(shí)鐘電路等。
    基于S3C2410的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖1所示，電壓、電流等模擬信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理后送至S3C2410進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置中，鍵盤(pán)/LCD用于完成所需要的參數(shù)的設(shè)置和顯示，在完成數(shù)據(jù)的采集和正確的處理后，由DM9000網(wǎng)卡芯片控制，進(jìn)行以太網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的傳輸[2]。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)硬件電路分為電力參數(shù)采集模塊和數(shù)據(jù)信息傳輸模塊兩個(gè)部分。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)采樣數(shù)據(jù)暫定為電壓、電流和電源的頻率3個(gè)參數(shù)，采樣電路的原理圖如圖2所示。

    左邊的兩根線(xiàn)分別為電網(wǎng)的火線(xiàn)和零線(xiàn)。本裝置所采用的采樣電路中的JDZ-0.5（TV）為比較新穎的電流型電壓互感器，電壓互感器通過(guò)采集電網(wǎng)電壓，轉(zhuǎn)換成與之成比例的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)合適的量綱變換后（通過(guò)調(diào)節(jié)R4、R5的大小實(shí)現(xiàn)采集電壓的量綱變換），連接到S3C2410的A/D的第一個(gè)轉(zhuǎn)換通道，電壓的采樣即可實(shí)現(xiàn)。熔斷器FUSE1防止因短路或是某個(gè)器件接地造成電流增大對(duì)人身的危害。同理，LM-0.5（TA）完成電路中電流信號(hào)的采集；電路中的R6、R7完成對(duì)電流信號(hào)大小的限定，實(shí)現(xiàn)合適的數(shù)量級(jí)，然后輸入到S3C2410的A/D轉(zhuǎn)換通道的第二路輸入。經(jīng)過(guò)R2濾波電容C1的作用，采集到電網(wǎng)的頻率信號(hào)，同樣送入S3C2410中進(jìn)行頻率信號(hào)的計(jì)算和存儲(chǔ)。
3 系統(tǒng)性能測(cè)試及分析
    在網(wǎng)卡芯片初始化探測(cè)函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后，函數(shù)將讀取到DM9000網(wǎng)卡的ID號(hào)，包括廠(chǎng)商的信息和產(chǎn)品的信息。與DM9000網(wǎng)卡自身的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，因?yàn)镈M9000網(wǎng)卡芯片的相應(yīng)數(shù)據(jù)為90000A46，探測(cè)函數(shù)將對(duì)兩者進(jìn)行比較，如果兩者不相同，就認(rèn)為網(wǎng)卡芯片沒(méi)有正常工作[3]。
    采用串口調(diào)試助手軟件觀(guān)測(cè)函數(shù)的執(zhí)行輸出信息，器件的IP地址事先已經(jīng)設(shè)置好，圖3所示為DM9000網(wǎng)卡芯片的探測(cè)結(jié)果。

    確定DM9000初始化結(jié)束并且能夠正常工作后，系統(tǒng)軟件即可調(diào)用相應(yīng)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)電力參數(shù)數(shù)據(jù)的發(fā)送，目的是將處理后的電壓電流等信息傳送給上位監(jiān)控機(jī)，本設(shè)計(jì)驗(yàn)證時(shí)采用TCP&UDPDebug軟件來(lái)驗(yàn)證上位機(jī)收到的電力參數(shù)數(shù)據(jù)信息。設(shè)置DM9000芯片的IP地址為：192.168.1.123；同時(shí)設(shè)置相應(yīng)的端口號(hào)為：80000，做為器件端口與套接字綁定的地址，這樣上位機(jī)便可以檢測(cè)到DM9000芯片發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)信息。軟件上，設(shè)置每隔10 s采集一次相關(guān)電網(wǎng)電力參數(shù)。經(jīng)測(cè)試，觀(guān)測(cè)結(jié)果如圖4所示，數(shù)據(jù)能夠正確并且快速完整地進(jìn)行傳送。作為實(shí)驗(yàn)階段，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集信息內(nèi)容暫時(shí)定為包括采集的電網(wǎng)電流、電壓和實(shí)時(shí)頻率3個(gè)參數(shù)[4]。

    經(jīng)過(guò)多次調(diào)試和測(cè)量，最終認(rèn)定該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的實(shí)時(shí)電力參數(shù)信息的采集，并且采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)具有很高的精確度，能快速地實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)間的通信。同時(shí)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，采集的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地采集結(jié)果比較兩者的誤差極小，所以該系統(tǒng)最終能夠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)間的以太網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息的通信。
    基于S3C2410的電信號(hào)采集與以太網(wǎng)傳輸系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率高。該系統(tǒng)設(shè)備也可用于檢測(cè)其他裝置或是設(shè)備信號(hào)，如溫度、流量、濕度等，其基本原理是相同的；此外以太網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，只需少量人員在工作室就可以通過(guò)PC機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)多個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，使得以太網(wǎng)的工業(yè)用途非常廣泛。綜上所述，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)式的電網(wǎng)監(jiān)控保護(hù)，有利于電網(wǎng)系統(tǒng)的分布式管理，提高電網(wǎng)管理自動(dòng)化水平。
參考文獻(xiàn)
[1] 秦偉，孟慶青.基于ARM處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2006（10）：63-65.
[2] 段海龍.基于ARM的嵌入式以太網(wǎng)通訊的實(shí)現(xiàn)[M].北京：中國(guó)學(xué)術(shù)期刊電子出版社，2006.
[3] 李明康，靜秋.嵌入式TCP/IP協(xié)議的研究與開(kāi)發(fā)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002，38(16)：18-121，135.
[4] 羅浩，謝成華.一種新的基于ARM的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（02）：203-205.