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基于ARM7TDMI的配電綜合測控儀的設計與實現(xiàn)
摘要: 為了能對大量負荷進行在線監(jiān)控。很多公司較早地研制了基于單片機技術,能對配電變壓器或配電線路負荷運行參數(shù)、電容器投切、電量采集等進行綜合監(jiān)控的配電綜合測控儀。
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0 引言

  為了能對大量負荷進行在線監(jiān)控。很多公司較早地研制了基于單片機技術,能對配電變壓器或配電線路負荷運行參數(shù)、電容器投切、電量采集等進行綜合監(jiān)控的配電綜合測控儀。但是,由于供電系統(tǒng)負荷的復雜性,特別是用戶非線性負荷的大量使用,企業(yè)對諧波等電能質量問題越來越重視,因此,對配電綜合測控儀的要求也隨之提高,而且普遍要求增加諧波、頻率監(jiān)測和通信組網(wǎng)等功能。為了解決這些問題。本文以PHILIPS公司的ARM7芯片LPC2220FBD144為核心,研制出了新一代的配電綜合測控儀。

  1硬件電路設計

  1.1硬件電路總體結構

  本裝置的硬件結構框圖如圖1所示,它主要由數(shù)據(jù)采集、運算處理、數(shù)據(jù)存儲、鍵盤顯示、通信接口等單元組成。其中運算處理單元是核心部分,用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號處理、快速傅立葉變換(FFT)等功能??紤]配電綜合測控儀要求的運算速度、精度、硬件資源等需要,本設計選擇了PHILIPS公司的LPC2220FBD144型ARM7芯片。
 

  該LPC2220FBD144芯片是LPC2200系列中性價比較好的一款ARM7芯片,采用LQFP封裝,四條邊上各有36個引腳。該芯片具有改進的馮諾依曼結構(指令和數(shù)據(jù)共用一條32位總線),采用三級流水線,可以同時進行幾個操作,并能使外處理和存儲器系統(tǒng)連續(xù)操作。該芯片內嵌高達256KB的高速閃爍存儲器、64 KB靜態(tài)RAM、32位的算術邏輯單元、32位累加器、64位的乘法器以及精簡指令集,其指令最短周期可以達到17 ns。這些特點使它的操作非常靈活,處理能力強并且速度快。由于其應用程序可以固化在CPU內部,因而不但可以降低成本、減少體積,系統(tǒng)升級也比較方便,而且它的功耗低、資源配置靈活,非常適用于生產現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和處理。

   1.2數(shù)據(jù)采集電路

  本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集電路由PT與CT、信號整理和A/D轉換三部分組成,實時電流和電壓經過PT、CT以及信號整理電路后,可變成0~3.3 V的模擬信號,然后經模擬轉換電路完成數(shù)字化處理。數(shù)據(jù)采集部分的硬件電路如圖2所示(6路采集電路中的一路Ua)。

  根據(jù)測量諧波等參數(shù)和數(shù)字抗頻率混疊的要求,本裝置對信號波形按每個周期128點進行采樣,采樣周期為156μs。ARM7內部的A/D是8路輸入的10位逐次逼模一數(shù)轉換器,由于它可以對電流和電壓進行同步采樣,而且精度比較高,所以本設計沒有再使用其它外圍A/D芯片。

  1.3存儲器和時鐘電路

  存儲器主要由三星公司的NAND FLASH存儲器芯片組成.NAND FLASH是容量為16 MB的非易失閃爍存儲器芯片,可用于存放采集來的數(shù)據(jù)和已備上傳的歷史數(shù)據(jù)。

  時鐘采用PHILIPS公司的PCF8563芯片。該芯片具有低功耗CMOS實時時鐘/日歷,而且外圍接口簡單,精度和可靠性高,工作穩(wěn)定。芯片最大總線速度為400 kbits/s,每次讀寫數(shù)據(jù)后,其內嵌的字地址寄存器會自動產生增量。PCF8563有16個8位寄存器,并有可自動增量的地址寄存器、內置32.768 kHz的振蕩器(帶有一個內部集成電容)、分頻器(用于給實時時鐘RTC提供源時鐘)、可編程時鐘輸出、定時器、報警器、掉電檢測器和400 kHz的I2C總線接口等;同時具有計秒、分、時、星期、日、月、年以及閏年補償功能,可用二進制數(shù)碼和BCD碼表示時間、日歷和定鬧。安上鋰電池以后,斷電情況下可以十年不丟失數(shù)據(jù),功能上完全可以滿足本裝置的需要。

  1.4通訊電路

  本產品采用了兩路通訊電路,一路為RS-485總線接口,另一路為RS-232總線接口。RS-485總線接口的總線收發(fā)器使用SP3485。SP3485是一個3.3 V的低功耗半雙工收發(fā)器,它完全滿足RS-485串行協(xié)議的要求,符合RS-485的電氣規(guī)范,數(shù)據(jù)傳輸速率可達10 Mbps(帶負載)。由于RS-485總線所占用的IO口線與UART0的口線是復用的,所以,在進行RS485總線通信時,必須停止UART0接口的通信。RS485通信的方向由P2.16控制,當P2.16為低時,核心板接收總線數(shù)據(jù);當P2.16為高時,核心板向總線發(fā)送數(shù)據(jù),其電路圖如圖3所示。
 

  RS-232總線接口的總線收發(fā)器使用SP3232E。SP3232E系列芯片是一個2驅動器/2接收器的低功耗器件,SP3232E有一個高效電荷泵,工作電壓為3.3 V時,只需0.1μF電容就可以進行操作。電荷泵允許SP3232E系列器件在3.3~5.0 V內的某個電壓下發(fā)送符合RS-232的信號。由于本產品是3.3 V系統(tǒng),因此使用SP3232E進行RS232電平轉換,其電路圖如圖4所示。

 

 

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