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)在線監(jiān)測設(shè)計方案。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。本方案采用DM9000芯片來控制以太網(wǎng)， 經(jīng)過設(shè)計驗證并最終實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓電流等相關(guān)參數(shù)進行采集并傳輸回基站的目的。
關(guān)鍵詞： ARM9；在線監(jiān)測；以太網(wǎng)；DM9000

     電力系統(tǒng)是我國能源行業(yè)最重要的組成部分,電網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運行對人們的日常生產(chǎn)生活起著很重要的作用。目前市場上一些電力參數(shù)測量裝置大多采用單片機作為CPU,已經(jīng)不能滿足對實時性和高精度的要求,尤其是不能滿足對其可靠性和網(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，基于以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的方案，該方案對電網(wǎng)的各項參數(shù)進行采集、處理、顯示并傳送到控制中心，達到對電網(wǎng)的實時監(jiān)控、保護和數(shù)據(jù)統(tǒng)計的目的[1]。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案
    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，分別負責(zé)電網(wǎng)電壓、電流等相關(guān)信號的采集和傳送。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，主要負責(zé)處理整個系統(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負責(zé)對電力參數(shù)進行采集；整個系統(tǒng)還包括電源（電壓）濾波模塊、系統(tǒng)復(fù)位模塊、時鐘電路等。
    基于S3C2410的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的總體設(shè)計架構(gòu)如圖1所示，電壓、電流等模擬信號經(jīng)信號處理后送至S3C2410進行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲于存儲裝置中，鍵盤/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
    系統(tǒng)硬件電路分為電力參數(shù)采集模塊和數(shù)據(jù)信息傳輸模塊兩個部分。監(jiān)測節(jié)點的參數(shù)采樣數(shù)據(jù)暫定為電壓、電流和電源的頻率3個參數(shù)，采樣電路的原理圖如圖2所示。

    左邊的兩根線分別為電網(wǎng)的火線和零線。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，電壓互感器通過采集電網(wǎng)電壓，轉(zhuǎn)換成與之成比例的電壓信號，經(jīng)過合適的量綱變換后（通過調(diào)節(jié)R4、R5的大小實現(xiàn)采集電壓的量綱變換），連接到S3C2410的A/D的第一個轉(zhuǎn)換通道，電壓的采樣即可實現(xiàn)。熔斷器FUSE1防止因短路或是某個器件接地造成電流增大對人身的危害。同理，LM-0.5（TA）完成電路中電流信號的采集；電路中的R6、R7完成對電流信號大小的限定，實現(xiàn)合適的數(shù)量級，然后輸入到S3C2410的A/D轉(zhuǎn)換通道的第二路輸入。經(jīng)過R2濾波電容C1的作用，采集到電網(wǎng)的頻率信號，同樣送入S3C2410中進行頻率信號的計算和存儲。
3 系統(tǒng)性能測試及分析
    在網(wǎng)卡芯片初始化探測函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后，函數(shù)將讀取到DM9000網(wǎng)卡的ID號，包括廠商的信息和產(chǎn)品的信息。與DM9000網(wǎng)卡自身的數(shù)據(jù)進行比較，因為DM9000網(wǎng)卡芯片的相應(yīng)數(shù)據(jù)為90000A46，探測函數(shù)將對兩者進行比較，如果兩者不相同，就認為網(wǎng)卡芯片沒有正常工作[3]。
    采用串口調(diào)試助手軟件觀測函數(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)來實現(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，本設(shè)計驗證時采用TCP&UDPDebug軟件來驗證上位機收到的電力參數(shù)數(shù)據(jù)信息。設(shè)置DM9000芯片的IP地址為：192.168.1.123；同時設(shè)置相應(yīng)的端口號為：80000，做為器件端口與套接字綁定的地址，這樣上位機便可以檢測到DM9000芯片發(fā)來的數(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)測試，觀測結(jié)果如圖4所示，數(shù)據(jù)能夠正確并且快速完整地進行傳送。作為實驗階段，實時數(shù)據(jù)采集信息內(nèi)容暫時定為包括采集的電網(wǎng)電流、電壓和實時頻率3個參數(shù)[4]。

    經(jīng)過多次調(diào)試和測量，最終認定該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的實時電力參數(shù)信息的采集，并且采集的實時數(shù)據(jù)具有很高的精確度，能快速地實現(xiàn)與上位機間的通信。同時驗證發(fā)現(xiàn)，采集的結(jié)果與現(xiàn)場實地采集結(jié)果比較兩者的誤差極小，所以該系統(tǒng)最終能夠穩(wěn)定地實現(xiàn)與PC機間的以太網(wǎng)實時數(shù)據(jù)信息的通信。
    基于S3C2410的電信號采集與以太網(wǎng)傳輸系統(tǒng)電路設(shè)計簡單，實時傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率高。該系統(tǒng)設(shè)備也可用于檢測其他裝置或是設(shè)備信號，如溫度、流量、濕度等，其基本原理是相同的；此外以太網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)遠程通信，只需少量人員在工作室就可以通過PC機實時檢測多個監(jiān)測節(jié)點的相關(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)實現(xiàn)了節(jié)點式的電網(wǎng)監(jiān)控保護，有利于電網(wǎng)系統(tǒng)的分布式管理，提高電網(wǎng)管理自動化水平。
參考文獻
[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[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2006（10）：63-65.
[2] 段海龍.基于ARM的嵌入式以太網(wǎng)通訊的實現(xiàn)[M].北京：中國學(xué)術(shù)期刊電子出版社，2006.
[3] 李明康，靜秋.嵌入式TCP/IP協(xié)議的研究與開發(fā)[J].計算機工程與應(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[J].信陽師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2006（02）：203-205.